Praxisbeispiel Kunststofflackierung - Baden

Transcrição

Industrie und Gewerbe 10
Energie- und
Stoffstrommanagement
Praxisbeispiel
Kunststofflackierung
Herausgegeben von der
Landesanstalt für Umweltschutz
Baden-Württemberg
1. Auflage
Karlsruhe 2003
2
ESSM Praxisbeispiel: Kunststofflackierung
IMPRESSUM
Herausgeber
Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg
76185 Karlsruhe Postfach 21 07 52
http://www.lfu.baden-wuerttemberg.de
ISSN
0949-0485 (Bd.10, 2003)
Bearbeitung
Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg
Abteilung 3 – Industrie und Gewerbe
Dr. Gabriel Striegel, Dipl.-Ing. Sabine Hellgardt,
LCS Life Cycle Simulation GmbH, Winnenden
Dr. Matthias Harsch
http://www.lcslcs.de
Umschlaglayout
Stephan May Grafik-Design, 76227 Karlsruhe
Titelbild
Jutta Ruloff Dipl.-Designerin, 76275 Ettlingen
Druck
hausinterne Herstellung mit Festtintendrucker
Umwelthinweis
gedruckt auf Recyclingpapier aus 100% Altpapier
Bezug über
Verlagsauslieferung der LfU bei
JVA Mannheim – Druckerei
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Preis
kostenlos
Nachdruck – auch auszugsweise – nur mit Zustimmung des Herausgebers unter
Quellenangabe und Überlassung von Belegexemplaren gestattet.
LfU
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Zusammenfassung
3
Zusammenfassung
In einem von der Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg geförderten Pilotvorhaben wurde bei der Firma
Ritzi + Thieme Oberflächentechnik GmbH
& Co. KG, Tuningen (im Folgenden kurz
Ritzi + Thieme) ein betriebliches Energieund Stoffstrommanagement eingeführt.
Ritzi + Thieme ist ein mittelständischer
Betrieb, der Polyurethan-Kunststoffteile
vorbehandelt und lackiert. Typische Arbeitsschritte sind in Bild 1 dargestellt.
chungsgerechten Kostenrechnung bewertet. Folgende Szenarien wurden für die
Bewertung festgelegt:
¾ IST: Betrieblicher IST-Stand (Jahr
2001)
¾ IST u. I.: Betrieblicher IST-Stand (Jahr
2001) und Integration einer Abluftreinigungsanlage mit Adsorptionstechnik
¾ TA BC: Teilautomatisierte Lackieranlage Best Case; Einsatz von Wasserlacken, manuelle Applikationstechnik, optimierter Lacknutzungsgrad
¾ TA WC: Teilautomatisierte Lackieranlage Worst Case; Einsatz von konventionellen Lacksystemen, manuelle
Applikationstechnik, Lacknutzungsgrad
wie IST, Abluftreinigungsanlage mit
Adsorptionstechnik
Bild 1: Kunststoffteilelackierung bei Firma
Ritzi + Thieme (Vorbereitung der Teile
durch Schleifen; manuelles Lackieren
der Kunststoffteile)
Die 31. Verordnung zum Bundesimmissionsschutzgesetz (31. BImSchV VOCVerordnung) fordert auch von kleinen und
mittleren Betrieben, die Emissionen
flüchtiger organischer Verbindungen
(VOC) bei der Lösemittelanwendung bis
November 2005 deutlich zu reduzieren.
Sie veranlasst Betriebe, nach Möglichkeiten zur Reduzierung der Lösemittelemissionen zu suchen, sie lässt dem Anlagenbetreiber dazu mehrere Alternativen offen,
d.h. Anwendung eines Reduzierungsplans
(spezifisch oder vereinfacht) oder Emissionsminderung durch Abluftreinigung.
Im Rahmen des Pilotvorhabens wurden für
Ritzi + Thieme Erfolg versprechende
Alternativen zur Einhaltung der neuen
Anforderungen der VOC-Verordnung
erarbeitet. Die verschiedenen Szenarien
wurden anschließend ganzheitlich, d.h. mit
dem Ökobilanz-Ansatz und der verursa-
¾ VA BC: Vollautomatisierte Lackieranlage Best Case; Einsatz von Wasserlacken, Applikation mit Roboter, optimierter Lacknutzungsgrad
¾ VA WC: Vollautomatisierte Lackieranlage Worst Case; Einsatz von konventionellen Lacksystemen, Applikation mit Roboter, Lacknutzungsgrad
wie IST, Abluftreinigungsanlage mit
Adsorptionstechnik
Wesentliche Ergebnisse des Technologievergleichs sind:
¾ Mit allen vorgeschlagenen Alternativszenarien lassen sich die Anforderungen der 31. BImSchV deutlich unterschreiten.
¾ Der Einsatz der Abluftreinigungstechnologie auf Basis der Adsorptionstechnik reduziert die Lösemittelemissionen
deutlich. Allerdings erhöhen sich dadurch signifikant der Primärenergiebedarf und damit die klimarelevanten
Emission. Zudem wird bei der
LfU
4
Betrachtung des photochemischen
Oxidantienbildungspotenzials kein
Vorteil gegenüber dem Einsatz von
Wasserlacken erreicht (vgl. Bild 2 und
Bild 3).
Primärenergie in MJ pro Teil
250
200
150
100
50
0
IST
IST u.I.
TA BC
TA WC
VA BC
VA WC
¾ Durch die VOC-Verordnung sind für
den Referenzbetrieb in jedem Falle Investitionen zur Einhaltung der Zielemissionen notwendig. Die alleinige
Investition in eine Abluftreinigungsanlage würde die Herstellkosten deutlich
erhöhen (vgl. Szenario IST u. I.).
¾ Die Auswertung der anderen Szenarien zeigt, dass eine Erhöhung der
Wirtschaftlichkeit nur erreichbar ist,
wenn auf die Abluftreinigung durch
Umstellung auf Wasserlacke verzichtet
werden kann.
Prozentuale Verteilung der Herstellkosten
POCP in kg Ethen-Äquivalent pro Teil
Bild 2: Ökobilanzielle Betrachtung (Sachbilanzebene): Primärenergiebedarf
(Produktion 150.000 Teile/a)
Aus wirtschaftlicher Sicht lassen sich folgende Aussagen zusammenfassen (vgl.
Bild 4):
0,14
0,12
0,10
0,08
0,06
0,04
0,02
0,00
IST
IST u.I.
TA BC
TA WC
VA BC
120
Herstellkosten (IST-Produktion)
Herstellkosten (IST-Produktion + 20%)
IST
TA WC
100
80
60
40
20
0
IST u.I.
TA BC
VA BC
VA WC
VA WC
Bild 3: Ökobilanzielle Betrachtung (Wirkungsabschätzung): Photochemisches
Oxidantienbildungspotenzial
(Produktion 150.000 Teile/a)
¾ Die ökobilanzielle Betrachtung ergibt in
diesem Fall andere Aussagen, als
wenn nur die Betriebsbilanz zur Bewertung herangezogen wird. Beispielsweise braucht das Szenario
TA BC auf betrieblicher Ebene mehr
Strom und Heizöl im Vergleich zum IstStand. Ganzheitlich betrachtet, durch
Integration der Materialherstellung
(Wasserlacke) schneidet das Szenario
jedoch deutlich günstiger ab (vgl.
Bild 2).
Bild 4: Wirtschaftlichkeitsbetrachtung:
Lackierung der Kunststoffteile
(IST-Produktion 150.000 Teile/a;
+ 20 % = 180.000 Teile/a)
Als Ergebnis der Betriebsanalyse wurde
ein Vorschlag für betriebliche Kennzahlen
für Lackierbetriebe erarbeitet. Damit kann
mit der Anpassung an die betrieblichen
Gegebenheiten die Produktion anhand
von ökologischen und ökonomischen
Kennzahlen überwacht werden.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass
Energie- und Stoffstrommanagement für
Betriebe von großem Nutzen ist für
¾ eine betriebliche Optimierung,
¾ eine ökologische und ökonomische
Überwachung mittels Kennzahlen,
¾ eine ganzheitliche Bewertung von
Neuinvestitionen.
LfU
Inhaltsverzeichnis
5
Inhaltsverzeichnis
ZUSAMMENFASSUNG
3
INHALTSVERZEICHNIS
5
1
7
EINFÜHRUNG
1.1
Ökologische Relevanz der Lackierbranche
7
1.2
Ökonomische Relevanz der Lackierbranche
8
1.3
Zielsetzung und Vorgehensweise
8
2
ENERGIE- UND STOFFSTROMMANAGEMENT
9
2.1
Energie- und Stoffstromanalyse
2.2
Ermittlung von betrieblichen Kennzahlen
11
2.3
Ökobilanz
14
2.4
Integration einer verursachungsgerechten Kostenrechnung
16
2.5
Vorbereitung von Neuinvestitionen
17
3
BETRIEBSANALYSE EINER KUNSTSTOFFLACKIERUNG
9
18
3.1
Betriebsanalyse bei der Firma Ritzi und Thieme
3.1.1
Betriebliche Randbedingungen
3.1.2
Betriebliche Energie- und Stoffströme (Ökologische Ergebnisse)
3.1.3
Ökonomische Ergebnisse
3.1.4
Handlungsoptionen zur Einhaltung der 31. BImSchV
3.1.5
Fazit der betrieblichen IST-Analyse
18
18
19
22
23
26
3.2
27
Aufstellung Erfolg versprechender Lackierkonzepte
3.3
Simulation Erfolg versprechender Lackierkonzepte
3.3.1
Randbedingungen
3.3.2
Ökologische Ergebnisse
3.3.3
28
28
33
36
6
4
LACKIERTECHNIK
LfU
36
4.1
Grundlegende Maßnahmen zur Optimierung
37
4.2
Anspruchsvolle Maßnahmen zur Optimierung
38
4.3
Besonderheiten der Kunststoffteilelackierung
40
4.4
Inhalte der 31. BImSchV und Handlungsoptionen
40
5
FAZIT
42
6
AUSBLICK
43
LITERATUR
44
GLOSSAR
47
ANHANG
49
A1
Treibhauseffekt
49
A2
Photochemisches Oxidantienbildungspotenzial
49
LfU
Einführung
Das UN ECE-Protokoll hat neben der
Bekämpfung von Versauerung und
Eutrophierung auch die Verminderung von
bodennahem Ozon zum Ziel [UN ECE,
1999]. Zentrale Reglung ist die Festlegung
von nationalen Emissionsobergrenzen für
jeden Staat. Deutschland hat für VOC eine
Emissionsreduzierung von 69 % bis zum
Jahr 2010 gegenüber 1990 zugesagt
[Hackmack, 2002] (vgl. auch Bild 5).
Mit der EG-Lösemittelrichtlinie
(1999/13/EG) und der Umsetzung in nationales Recht (31. Verordnung zum
Bundes-Immissionsschutzgesetz) wird nun
das Ziel der Verringerung der VOCEmissionen angegangen.
Als sehr energieund emissionsintensive
Branche ist die Lackierbranche direkt
betroffen. In diesem Bericht werden die
Auswirkungen dieser neuen Anforderungen auf die Lackierbranche und mögliche
Handlungsoptionen beispielhaft diskutiert.
1.1 Ökologische Relevanz der
Lackierbranche
Aufgrund der gesetzlichen Rahmenbedingungen und des eigenverantwortlichen
Handelns der Industrie haben sich die
NMVOC∗ Emissionen seit 1988 bereits
deutlich reduziert (vgl. Bild 5). Die
Lackverarbeitung ist im Vergleich zur
Klebstoffverarbeitung und Druckindustrie
der Hauptemittent für NMVOC. Die
gesteckten Ziele liegen in einer weiteren
Halbierung der VOC-Emissionen bis zum
Jahre 2010. Durch die Umsetzung der EGLösemittelrichtlinie in nationales Recht,
(die 31. BImSchV ist am am 25.August
2001 in Kraft getreten; dabei wurden in
Deutschland einige Verschärfungen
∗
7
NMVOC: VOC-Emission ohne Methan
vorgenommen) wird eine deutliche
Reduzierung der VOC-Emissionen innerhalb von 6 Jahren bis spätestens 2007
anstrebt.
Die Umsetzung der 31. BImSchV wird in
den nächsten Jahren insbesondere für
viele kleinund mittelständische Betriebe
notwendig sein, für die bislang keine
vergleichbar strengen Umweltvorgaben
bestanden. Dies sind ca. 99 % der Lackierbetriebe (inklusive Handwerker und
Heimwerker) mit ca. 80 % der lackbedingten Lösemittelemissionen [May, 1997].
Die Zahlen machen deutlich, dass eine
deutliche Reduzierung der Lösemittelemissionen nur erreicht werden kann,
wenn im kleinen und mittelständischen
Bereich Maßnahmen durchgeführt werden. Das ist das Ziel der EG-Lösemittelrichtlinie.
450
Lackverarbeitung
400
N MVOC Emissionen in kt
1
Einführung
Klebstoffverarbeitung
350
D ruckindustrie
300
250
200
150
100
50
k.A. k.A.
0
1988
1995
2007
2010 (Ziel)
Bild 5: Zukünftige Entwicklung der NMVOCEmissionen im Bereich Lösemittelverwendung in Deutschland, [VCI],
(k.A. = keine Angaben vorhanden)
Die Handlungsoptionen für kleine und
mittelständische Betriebe werden in diesem Bericht in Kapitel 3.1.4 diskutiert.
Weitere Hinweise zur Umsetzung der
Lösemittelverordnung gibt es beispielsweise in einer Veröffentlichung des
Umweltbundesamtes [Hackmack, 2002].
8
1.2 Ökonomische Relevanz
der Lackierbranche
Die ökonomische Relevanz der Lackierbranche lässt sich anhand einiger Zahlen
zusammenfassen:
¾
¾
¾
Im Jahre 2000 wurden in Deutschland
ca. 2,1 Mio. Tonnen Lacke und Farben
im Wert von ca. 4,7 Milliarden Euro
hergestellt [Deutsches Lackinstitut,
2001].
Die volkswirtschaftliche Bedeutung der
Lack- und Farbenherstellung geht weit
über den Materialwert hinaus, denn
durch Korrosionsschutz werden Produkte langlebig. Viele Milliarden können durch diese Werterhaltung eingespart werden.
Verluste im Wertschöpfungsprozess
Lackieren entstehen durch Lackoverspray und den damit verbundenen
Verwertungs- bzw. Entsorgungsprozess, durch Abluftreinigungsmaßnahmen und durch Qualitätsprobleme
(Beschichtungsfehler, Haftungsprobleme, usw.). Diese Verluste liegen in
der Größenordnung von mehreren
Milliarden Euro.
mittelständische Betriebe der Lackierbranche, dass zum einen die Verwendung
der Lösemittel in Form einer Lösemittelbilanz zu dokumentieren ist, und zum anderen, dass die emittierten Lösemittel stufenweise bis Ende November 2007 deutlich zu reduzieren sind.
In enger Zusammenarbeit mit der Firma
Ritzi + Thieme war es möglich, beispielhaft
und praxisbezogen die Auswirkungen der
VOC-Richtlinie für mittelständische Unternehmen darzustellen. Die gewonnenen
Ergebnisse und Erkenntnisse können auf
andere Betriebe der Lackierbranche übertragen werden. Somit erhält dieser Bericht
den Charakter eines Leitfadens.
Folgende Ziele wurden mit dem durchgeführten Projekt verfolgt:
¾
Entwicklung einer Vorgehensweise auf
Basis des Energie- und Stoffstrommanagements zur Ermittlung wichtiger
ökonomischer und ökologischer betrieblicher Kennzahlen (z.B. Kostentreiber, Lösemittelbilanz, usw.) zur
betrieblichen Schwachstellenanalyse
bzw. Bewertung von Neuinvestitionen.
¾
Darstellung der Auswirkungen der 31.
BImSchV auf einen betroffenen Betrieb der Lackierbranche und der möglichen Handlungsoptionen.
¾
Ableitung von Handlungsoptionen für
die gesamte Lackierbranche aufgrund
des untersuchten Beispiels.
¾
Möglichkeiten der betrieblichen Unterstützung durch ein Energie- und Stoffstrommanagement.
1.3 Zielsetzung und
Vorgehensweise
Das primäre Ziel des durchgeführten
Projekts bei der Firma Ritzi + Thieme war
der Nachweis, dass mit Hilfe eines betrieblichen Energie- und Stoffstrommanagements (ESSM) wesentliche
betriebliche Fragestellungen (z.B.
Schwachstellenanalysen, Bewertung von
Neuinvestitionen, usw.) umfassend und
zielführend bearbeitet werden können.
Eine aktuelle und in vielen Fällen existenzentscheidende Fragestellung der
Lackierbranche ist die neue 31. BImSchV
(vgl. Kapitel 4.4). Die Umsetzung dieser
Richtlinie bedeutet für viele kleinund
LfU
Die methodische Vorgehensweise zur
ökologischen und ökonomischen Betriebsanalyse wird in Kapitel 2.1, und die
Inhalte der 31. BImSchV werden in Kapitel
4.4 beschrieben. Die Vorgehensweise wird
im Anschluss (vgl. Kapitel 3) anhand eines
LfU
Energie- und Stoffstrommanagement
Referenzbetriebs ausführlich dargestellt.
Zuerst wird eine betriebliche IST-Analyse
erstellt, welche die Optimierungspotenziale und Notwendigkeiten bzgl. der
31.BImSchV aufzeigt. Daran schließen
sich die Aufstellung von Handlungsoptionen und deren Bewertung an.
9
Im Anschluss daran werden für die Lackierbranche Maßnahmen zur Optimierung von Lackierprozessen zusammengefasst und auf Besonderheiten der
Kunststofflackierung eingegangen
(Kapitel 4).
2 Energie- und Stoffstrommanagement
Betriebliches Energie- und Stoffstrommanagement (ESSM) ist eine umfassende
Betrachtungsweise, die sowohl ökonomische Ziele in Form einer verbesserten
Material- oder Energieeffizienz als auch
ökologische Zielsetzungen in Form verringerter Umweltauswirkungen im Blick hat.
ESSM beschränkt sich in der Regel auf
die Stoffflüsse innerhalb der Standortgrenzen. Eine Übersicht zu methodischen
Ansätzen des ESSM, Anwendungsbeispielen und Beratern findet sich einer von
der Landesanstalt für Umweltschutz
Baden-Württemberg (LfU) veröffentlichten
Marktstudie [LfU, 2000].
2.1 Energie- und
Stoffstromanalyse
Damit Betriebsanalysen zum Erfolg führen, müssen sie systematisch und strukturiert durchgeführt werden. Die Vorgehensweise muss einfach nachvollziehbar
und umsetzbar sein, um auch bei kleinund mittelständischen Betrieben Anwendung zu finden.
Zu Beginn einer Betriebsanalyse wird,
vergleichbar zum Vorgehen der Ökobilanz
(ISO 14040), das Ziel, der Umfang (u.a.
Systemgrenzen der Analyse) und die
Bezugsgröße der Betriebsbilanz (funktionelle Einheit) festgelegt. Damit kann die
Datenaufnahme und -auswertung systematisch durchgeführt werden.
Das Ziel für den betrachteten Referenzbetrieb war es, sämtliche Energie- und Stoffströme der Kunststoffteilelackierung für
das Jahr 2001 zu erheben und auf ein
gemitteltes Teil umzurechnen. Damit
waren Aussagen zu betrieblichen
Schwachstellen möglich. Mit Hilfe der
Lösemittelbilanz als Teilergebnis der Stoffstromanalyse kann der Handlungsbedarf
bzgl. der 31. BImSchV ermittelt werden.
Die Energie- und Stoffstromanalyse geht
prozessweise nach den einzelnen betrieblichen Fertigungsschritten vor. Sie ermittelt
für jede Prozessstufe den Input bzw.
Output (vgl. Bild 6). Parallel dazu kann
hier bereits Vorarbeit für die Kostenrechnung geleistet werden, d.h. Aufnahme von
Investitionskosten und Personalbedarf für
die Prozessstufen.
Im Vergleich zu einer klassischen Betriebsbilanz, wie sie für den betrieblichen
Jahresabschluss oder für EMAS∗ erstellt
wird, können mit der detaillierten prozessbezogenen Vorgehensweise systematische Aussagen über betriebliche Stärken
und Schwächen gemacht werden.
Tabelle 1 zeigt, wie eine betriebliche
Auswertung des Strombedarfs durchgeführt werden kann. Damit werden sofort
die elektrischen Hauptverbraucher sicht-
∗
EMAS steht für die englische Bezeichnung
des europäischen Umwelt-Audit-Systems
„Eco-Management and Audit Scheme“
10
Aggregate, kann über eine Abschätzung
der Laufzeit, der Produktionstage und der
Auslastung die Stromverbrauchsverteilung
ermittelt werden.
programmbezog.
prozessbezogener
Ansatz
bar. Diese Vorgehensweise kann auch
angewendet werden, wenn z.B. nur der
Jahresverbrauch einer Halle gemessen
wird. Durch die Auflistung aller Verbraucher, d.h. der installierten Leistungen aller
Öko-Audit
LfU
Energie
Stoffe
Kosten
Abfall
Abwasser
Abluft
Energie
Stoffe
Kosten
Abfall
Abwasser
Abluft
Energie
Stoffe
Kosten
Abfall
Abwasser
Abluft
Energie
Stoffe
Kosten
Abfall
Abwasser
Abluft
Produkt 1
Produkt 2
Produkt n
Prozesskette
Prozesskette
Prozesskette
Bild 6: Prozessbezogene Vorgehensweise bei der Betriebsanalyse
LfU
11
Tabelle 1: Beispiel einer betrieblichen Auswertung des Strombedarfs
Install.
Leistung
Anzahl
AusLaufzeit
Prolastung
duktion
Verbrauch
kW
Stk.
%
h/d
d/a
kWh/a
Spritzkabine (Absaugventilator)
2,50
1
75
16
250
7.500
Spritzkabine (Umwälzpumpe für
Wasserwand)
1,50
1
75
16
250
4.500
Antrieb für Fördertechnik
0,37
1
75
10
250
694
Beleuchtung
0,06
52
100
17
250
13.260
Spritzkabinen Typ A
(Absaugventilator, 6.000 Nm³/h)
2,50
5
75
12
250
28.125
Spritzkabinen Typ A (Umwälzpumpe
für Wasserwand)
1,50
5
75
12
250
16.875
Spritzkabinen Typ B
(Absaugventilator, 10.000 Nm³/h)
3,60
2
75
12
250
16.200
Spritzkabinen Typ B (Umwälzpumpe
für Wasserwand)
3,30
2
75
12
250
14.850
elektrische Aggregate
(Durchlauftrockner)
6,80
1
75
10
250
12.750
(Kammertrockner)
5,50
2
75
10
250
20.625
(Kammertrockner)
0,55
1
75
10
250
1.031
Hallenzuluftanlage (Ventilatoren,
36.000 Nm³/h)
18,50
1
75
18
250
62.438
Hallenzuluftanlage (Ventilatoren,
20.000 Nm³/h)
6,60
1
75
8
250
9.900
Beleuchtung
0,06
170
100
17
250
43.350
Bereich Grundierung
Bereich Lackierung
Bereich Trocknung
Bereich Lackierhalle
2.2 Ermittlung von
betrieblichen Kennzahlen
Betriebliche Kennzahlen ermöglichen der
Unternehmensführung ein effektives
Controlling. Neben betriebswirtschaftlichen
Steuergrößen (z.B. Umsatz pro Mitarbeiter, usw.) können bestehende
Kennzahlensysteme um
Umweltkennzahlen erweitert werden.
Hierzu wurde vom VDI ein Leitfaden zum
allgemeinen Vorgehen veröffentlicht
[VDI 4050 ].
Bei der Einführung von Kennzahlensystemen ist darauf zu achten, dass die Anzahl
der Kennzahlen dem jeweiligen Unternehmen angepasst ist, um einen optimalen Nutzen zwischen Anwendung und
12
LfU
Pflege (Aktualisierung) der Kennzahlen zu
erhalten.
3. Imagegewinn, z.B. gutes Ansehen bei
Kunden, Lieferanten, Behörden, usw.
Der Nutzen einer umweltorientierten Unternehmensführung mit Hilfe von Kennzahlen lässt sich für Betriebe an drei
Zielen messen [VDI 4050]:
Für Betriebe der Lackierbranche ist in
Tabelle 2 ein Vorschlag für betriebliche
Kennzahlen zusammengestellt, um Lackierprozesse effizient ökonomisch und
ökologisch zu kontrollieren.
1. Kostenminimierung, z.B. Aufdecken
und Nutzung von Einsparpotenzialen
2. Risikominimierung, z.B. Schaffung von
Rechtssicherheit (Æ Aufstellung einer
Lösemittelbilanz)
Tabelle 2: Ermittlung wichtiger betrieblicher Kennzahlen
Kostenart
Zu ermittelnde Kennzahl
Vorgehensweise
• Durchsatzleistung
Lackierte Flächen am Produkt,
Produktionsleistung
Investition *
• Gesamtsumme
Auflistung und Addition
Material
• Materialbedarf
• Insbesondere Lackbedarf
und Auftragswirkungsgrad
Wiegen der Teile und des Lacks
vor und nach dem Auftrag
• Lösemittelbilanz
Erfassung der Lösemittel und
Emissionspfade
Personal
• Personalbedarf und
Qualifikation
Auflistung und Zuordnung zu
Anlagen
Energie (Strom, Wärme)
• Installierte Leistung
• Verbrauch
Entsorgung
• Abfallaufkommen
* Wartung/Instandhaltung wird prozentual von den Investitionen abgeschätzt
Anmerkungen zu den Kennzahlen (vgl.
Tabelle 2):
Neuanlagen, wird durch Auflistung der
Preise der Anlagenkomponenten ermittelt.
Kennzahl Durchsatzleistung: Lackierte
Flächen in m² oder lackierte Teile in Stk.
unter Angabe der Teileoberfläche; dient
als Bezugsgröße für die Kostenrechnung
(z.B. Ermittlung des Teilepreises); hilft zur
Bewertung einer Anlagenauslastung.
Kennzahl Lackbedarf: Benötigte
Lackmenge pro m² beschichtete Fläche;
kann durch Wiegen der eingesetzten
Lackmenge ermittelt werden (wird in
Tabelle 3 und Bild 7 noch genauer erläutert).
Kennzahl Gesamtsumme der Investitionen: Notwendig zur Bewertung der
Abschreibung von bestehenden bzw.
Kennzahl Auftragswirkungsgrad:
Prozentualer Anteil der Lackmenge, die
durch das Applikationsverfahren auf das
zu lackierende Werkstück gelangt; restli-
cher Anteil wird als Lackoverspray bezeichnet; kann durch Wiegen der Teile vor
und nach dem Lackieren und aus der
eingesetzten Lackmenge ermittelt werden
(wird in Tabelle 3 und Bild 7 genauer
erläutert).
Kennzahl Lösemittelbilanz: Übersicht
zur Menge der eingesetzten, recycelten
und emittierten organischen Lösemittel
(betriebliche Aufstellung im Rahmen der
31. BImSchV für anzeigepflichtige Betriebe erforderlich); dient zur Aufstellung
von Handlungsoptionen zur Einhaltung der
gesetzlichen Rahmenbedingungen.
Kennzahl Personal: Darstellung der
eingesetzten Mitarbeiter und deren Qualifikation.
Kennzahl Energie: Darstellung der installierten Leistungen (Strom, Wärme, Dampf)
und des Verbrauchs (Æ Ermittlung eines
Verbrauchsfaktors); (Ermittlung vgl.
Tabelle 1).
Kennzahl Abfallaufkommen: Darstellung
der unterschiedlichen Abfallmengen;
Herstellung eines Bezugs zum eingesetzten Lackbedarf.
Mit den dargestellten Kennzahlen können
die Herstellkosten (Lackierkosten) und die
wesentlichen Umweltschutzaspekte einer
Lackiererei überwacht werden.
Zur Verdeutlichung der beiden wichtigen
Kennzahlen Lackbedarf und Auftragswirkungsgrad ist in Bild 7 exemplarisch ein
typischer „Pfad“ für den Auftrag von
Lackmaterial dargestellt. Von der eingekauften Lackmenge bleibt meist nur
weniger als die Hälfte (hier 35 % Æ Auftragswirkungsgrad bzw. nur 17,5 % als
Festkörper) auf dem Werkstück haften.
Der Rest wird emittiert (VOCs) oder fällt
als Lackschlamm an.
50% Lösemittel 50% Festkörper
LfU
13
eingekaufter
spritzfähiger
verspritzter
Lack
Lack
Lack
85 %
auf Werkstück
35 %
75 %
100 %
Reinigungsverlust
Lackreste
Overspray
15 %
10%
40%
Bild 7: Betriebliche Kennzahl: Lackbedarf;
Darstellung des Pfads in der
Produktion
Der Lackbedarf und der Auftragswirkungsgrad werden von verschiedenen
Faktoren beeinflusst, z.B. Teilegeometrie,
Applikationstechnik, Teileaufhängung,
Mehrschichtlackierung, Nacharbeit, Fertigkeit des Lackieres, usw.
Die ökonomischen Auswirkungen der
Erhöhung des Lackauftragswirkungsgrads
werden anhand des Beispiels aus Tabelle
3 deutlich. Für den Vergleich unterschiedlicher Lackauftragswirkungsgrade wird von
einem konstanten Lackfestkörperanteil
(hier: 50 %) und Lackfestkörperverbrauch
(hier: 20 t/a) ausgegangen, d.h. die
Produkte werden mit dem gleichen Lack
und mit gleicher Schichtdicke, unabhängig
von der Applikationstechnik beschichtet.
Im Fall 1 (Lackauftragswirkungsgrad
[LAWG]: 30 %) werden zur Beschichtung
133 t/a Lackmaterial benötigt, wobei 93 t/a
Lackkoagulat mit 50 % Festkörperanteil
als Abfall zur Verwertung anfallen. Mit
einem Lackpreis von 6,00 €/kg und
Verwertungskosten von 0,60 €/kg
Lackkoagulat (Entsorgung auf einer
Deponie ist nach der TA Siedlungsabfall
nicht mehr möglich) entsteht ein jährlicher
Wertverlust von ca. 0,6 Mio. €. In Fall 2 ist
der Lackauftragswirkungsgrad um 10 %Punkte erhöht. Dies wirkt sich deutlich auf
den Lackverbrauch und den
Koagulatanfall aus, d.h. Reduzierung um
jeweils 33 t/a. Durch diese Maßnahme
kann der Wertverlust um ca. 0,4 Mio. €
LfU
14
verringert werden. In Fall 3 und 4 wird der
Lackauftragswirkungsgrad nochmals um je
10 %-Punkte gesteigert. Hierdurch sind
weitere Kostensenkpotenziale
(132.000 €/a bzw. 88.000 €/a) zu
erschließen.
Aufgrund der großen Einsparpotenziale
kann sich die Umstellung auf eine
effizientere Applikationstechnik schnell
amortisieren.
Tabelle 3: Beispiel Erhöhung des Lackauftragswirkungsgrads (LAWG)
Bezeichnung
Einheit
Fall 1
Fall 2
Fall 3
Fall 4
Lackverbrauch
t/a
133
100
80
67
Lackfestkörper
%
50
50
50
50
Lackauftragswirkungsgrad
%
30
40
50
60
Lackfestkörper auf
Produkt
t/a
20
20
20
20
Lackkoagulat (50%
Festkörper)
t/a
93
60
40
27
Ökonomische Randbedingungen
Lackpreis
€/kg
6,00
6,00
6,00
6,00
Verwertungskosten
€/kg
0,60
0,60
0,60
0,60
Lackeinkauf
€/a
560.000
360.000
240.000
160.000
Lackkoagulatverwertung
€/a
56.000
36.000
24.000
16.000
€/a
616.000
396.000
264.000
176.000
220.000
132.000
88.000
Wertverlust
gesamter Wertverlust
Kostendifferenz
€/a pro 10% LAWG
Erhöhung
2.3 Ökobilanz
¾
Sachbilanz,
Die Ökobilanz ist eine international
standardisierte Vorgehensweise, welche
die Energie- und Stoffströme von
Produkten über den gesamten Lebenszyklus (d.h. Ressourcenabbau, Herstellung, Nutzungsphase, Recycling, Entsorgung) betrachtet. Die Ökobilanz unterteilt
sich in die Schritte
¾
Wirkungsabschätzung und
¾
Auswertung (Interpretation) als Verbindung der einzelnen Schritte.
¾
Festlegung des Zieles und des Untersuchungsrahmens,
Das Vorgehen der Ökobilanz stellt eine
Erweiterung des anfangs definierten
Energie- und Stoffstrommanagements dar.
Energie- und Stoffströme werden über die
Bilanzgrenze Betrieb hinweg zurück- bzw.
weiterverfolgt.
LfU
Rahmen der Ökobilanz
Anwendung der Ökobilanz
Zieldefinition
• Entwicklung und Verbesserung von Produkten
Auswertung
dfhj
Sachbilanz
15
Wirkungsabschätzung
• Strategische Planung
• Öffentliche Entscheidungsprozesse
• Marketing
Bild 8: Ökobilanz (ISO 14040 ff.)
Die drei Varianten werden jetzt auf
betrieblicher Ebene (vgl. Bild 10) und aus
Sicht der Ökobilanz (vgl. Bild 11) mit den
in Bild 9 markierten Systemgrenzen verglichen. Die Systemgrenzen wurden
reduziert (Ausklammerung der Nutzung
und Entsorgung der lackierten Teile), da
im dargestellten Fall keine signifikanten
Unterschiede in den Szenarien zu
erwarten waren.
Bild 10 zeigt, dass auf betrieblicher Ebene
der Energiebedarf der bestehenden Lackieranlage (IST) mit lösemittelbasierten
Energiebereitstellung
Es werden eine bestehende Lackieranlage
für Kunststoffteile (IST) mit lösemittelbasierten Lacksystemen sowie zwei
alternative Szenarien betrachtet. Szenario
1 (IST mit TAR) beschreibt die Integration
einer thermischen Abluftreinigungsanlage
(Adsorptionstechnik), die die gemäß der
neuen 31. BImSchV geforderte Reduzierung der Lösemittelemissionen realisiert.
Szenario 2 (SOLL) beschreibt die Umstellung (hier: Neubau) der Lackieranlage auf
Wasserlacktechnologie. Dadurch ist die
Einhaltung der 31. BImSchV ohne weitere
Maßnahmen möglich.
Lacksystemen ähnlich groß ist wie bei
einer neuen Anlage mit Wasserlacken. Die
ökologische Gesamtbetrachtung (Bild 11),
d.h. Integration der Materialherstellung
(Lacksysteme, Lösemittel), zeigt aber,
dass die Wasserlacke für die gleiche
Beschichtung ökologisch günstiger herzustellen sind. Damit ändert sich die Aussage von betrieblicher Sichtweise zur
ökobilanziellen Betrachtung. Die Integration einer Abluftreinigungsanlage (IST mit
TAR) führt auch bei dieser Betrachtung zu
einem deutlich ungünstigeren Ergebnis.
Transport-/ Recyclingprozesse
Mit Hilfe der ökobilanziellen Betrachtung
sind zusätzliche Aussagen über die
ökologische Leistungsfähigkeit von Technologien möglich. Dies lässt sich anhand
des folgenden Beispiels darstellen.
Ressourcenaufbereitung
Herstellung chemischer Grundstoffe
Herstellung chemischer Zwischenprodukte
Harze/Härter Lösemittel
Pigmente
Füllstoffe
Additive
Lackherstellung
Applikation
Systemgrenzen
Nutzung
Entsorgung
Bild 9: Systemgrenzen der ökologischen
Untersuchung von Lackierprozessen
Direkter Energiebedarf in kWh pro Teil
20
Strom
Heizöl
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
IST
IST mit TAR
Materialherstellung
250
200
150
100
50
0
IST
Energie- und Stoffströme ermöglicht es,
auch die Kostenrechnung in gleicher
Weise aufzubauen. Das Vorgehen unterscheidet sich von der betriebswirtschaftlichen Firmenbilanz, bei der Kosten oftmals
aggregiert in Kostenstellen (z.B. Gesamtbedarf an Strom) zusammengefasst werden.
SOLL
Bild 10: Direkter Energiebedarf einer
Lackieranlage
LfU
16
IST mit TAR
SOLL
Bild 11: Ökobilanzielle Betrachtung gemäß
der Systemgrenzen von Bild 9:
Parameter Primärenergiebedarf
2.4 Integration einer
verursachungsgerechten
Kostenrechnung
Die prozessbezogene Kostenrechnung
ermittelt für jeden definierten Produktionsschritt (vgl. Bild 6) die Inputs und
Outputs an Energie und Material, den
Personalbedarf und die Personalqualifikation sowie den Investitionsbedarf und
mögliche Wartungs- bzw. Instandhaltungsaufwendungen (vgl. innere Systemgrenze in Bild 12). Damit sind alle für die
Herstellkostenrechnung relevanten Angaben vorhanden. Durch Multiplikation der
Prozessinformationen mit den Preisen für
Personal, Material, usw., können die Herstellkosten ermittelt werden (vgl. äußere
Systemgrenze in Bild 12). Die Kosten sind
dadurch direkt dem verursachten Prozessschritt zugeordnet. Somit kann diese Art
der Kostenrechnung als verursachungsgerecht bezeichnet werden.
Die prozessbezogene Vorgehensweise
(vgl. Kapitel 2.1) zur Aufnahme der
Kostenanalyse/Simulation
Personal
Kosten
Personalbedarf
Sachbilanz/Simulation
Materialversorgung
Material
Kosten
Energieversorgung
Materialbedarf
Energie
Kosten
Energiebedarf
Invest
Kosten
Technologiebedarf
Spritzkabine
Abdunsten
Trockner
Recycling / Entsorgungstechnologien
Bild 12: Integration einer verursachungsgerechten Kostenrechnung
Abluft
Abwasser
Abfall
Entsorgungs
Kosten
LfU
2.5 Vorbereitung von
Neuinvestitionen
Die Erfahrung zeigt, dass vor allem in
kleinund mittelständischen Betrieben die
Vorbereitung einer Investitionsentscheidung optimiert werden kann. Mit detaillierteren Untersuchungen in der Vorbereitungsphase einer Investition und einer
daraus resultierenden optimierten Anlagenkonzeption können die Gesamtinvestitionskosten und die laufenden Betriebskosten reduziert werden.
Oftmals werden Aufträge nur nach Angebotspreis vergeben und schon im Laufe
des Anlagenaufbaus bzw. der ersten
Produktionsmonate werden Umbauten
17
notwendig (vgl. Bild 13, bisheriger Ablauf).
Dieser Ablauf kann dadurch optimiert
werden, dass zum einen eine systematische Technologieübersicht durchgeführt
wird und zum anderen Erfolg versprechende Technologiealternativen vor Auftragsvergabe umfassend nach Stärken
und Schwächen untersucht werden. Damit
können teurere Betriebskosten und Anlagenumbauten nach Produktionsstart
vermieden werden. Der Aufwand vor Auftragsvergabe erhöht sich zwar, stellt aber
kostenmäßig die deutlich günstigere Option dar als Anlagenumbauten oder
erhöhte Betriebskosten aufgrund einer
nicht optimal angepassten Lackieranlage.
Bisheriger Ablauf
Angebotsvergabe
Angebotseinholung
Systematische
Technologieübersicht
Selektion
erfolgsversprechender
Alternativen
Anlagenoptimierung
Anlagenumbau
Gesamtinvestition
Optimierter Ablauf
Pflichtenheft
Anlagenaufbau
Produktionsbeginn
Angebotseinholung
Technologie
Simulation
Angebotsvergabe
Anlagenaufbau
Produktionsbeginn
AnlagenOptimierung
Pflichtenheft
Ermittlung
von Stärken,
Schwächen und
Potenzialen
Bild 13: Vergleich von Abläufen zur Vorbereitung von Investitionsentscheidungen
Die Vorgehensweise zur Beurteilung von
Technologiealternativen für den Referenzbetrieb (vgl. Kapitel 3) ist in Bild 14 dargestellt. Die aktuelle betriebliche Situation
(IST-Stand) wird in gleicher Weise modellhaft betrachtet wie die Technologiealter-
nativen (SOLL-Stand). Dadurch können
mit Hilfe der Simulation Stärken und
Schwächen in einem IST-SOLL Vergleich
der Technologiealternativen ermittelt
werden.
18
Auswahl
erfolgsversprechender
Alternativen
Optimierungspotentiale
IST-Stand
Analyse
Modell
LfU
Modell
SOLL-Stand
Analyse
IST-SOLL
Analyse
durch
Simulation
Bild 14: Methodisches Vorgehen für betriebliche IST-SOLL Vergleiche
3 Betriebsanalyse einer Kunststofflackierung
Die Betriebsanalyse wurde bei der Firma
Ritzi + Thieme, im Zeitraum Mai bis
Oktober 2002 für das Kalenderjahr 2001
durchgeführt. Die Firma lackiert
Polyurethan-Kunststoffteile (Verkleidungen, Gehäuse, Funktionsteile, usw.) aus
den Branchen Medizin- und Messtechnik,
Maschinenbau, Schienen- und Nutzfahrzeuge. Die Kunststoffteile werden bei der
Firma Thieme GmbH & Co. KG in
Teningen spritzgegossen. Die Produktion
bei der Firma Ritzi + Thieme umfasst
jährlich ca. 150.000 Teile (Groß- und
Kleinteile mit vielen unterschiedlichen
Geometrien), die sich aus 350-400 verschiedenen Produkten zusammensetzen.
Die Teile werden in kleinen Losgrößen in
vielen verschiedenen Farben mit unterschiedlichen Oberflächenqualitäten
lackiert.
3.1 Betriebsanalyse bei der
Firma Ritzi und Thieme
Die Betriebsanalyse wurde gemäß der Beschreibung zu Bild 6 durchgeführt. Sie
umfasst alle Produktionsschritte zur Lackierung der Kunststoffteile von der Anlieferung bis zum Versand nach der Endkontrolle der Teile. Die Datenaufnahme
und –auswertung umfasste alle betriebli-
chen Energie- und Stoffströme, den
Personalbedarf und die Investitionskosten.
3.1.1
Betriebliche Randbedingungen
Bild 15 zeigt den Produktionsablauf der
Polyurethanteile-Lackierung. Die Anlieferung der zu lackierenden Teile erfolgt
formfallend, d.h. sie werden nach dem
Spritzguss Prozess nicht bearbeitet. Im
ersten Prozessschritt bei Ritzi + Thieme
werden die Teile manuell entgratet und
geschliffen. Anschließend werden die
Spritzguß bedingten Lunkerstellen gespachtelt und dann fertiggeschliffen. Jetzt
wird der Leit- (nur im Innenbereich der
Gehäuse) bzw. Decklack (zwei Mal wegen
Struktureffekt) appliziert. Im Anschluss
können Siebdruck- bzw. Montagearbeiten
durchgeführt werden. Abschließend erfolgt
die Endkontrolle mit eventueller Nacharbeit.
Der Produktionsablauf von Bild 15 ist in
Bild 16 im Layout des Werks dargestellt.
Die einzelnen Produktionsschritte werden
in separaten Hallenteilen durchgeführt. Im
Bereich der Grundierung werden die Teile
über eine Förderkette automatisch transportiert.
Alle Lackierprozesse werden manuell
ausgeführt. Die Decklacktrocknung findet
LfU
Betriebsanalyse einer Kunststofflackierung
19
durch Lagerung auf Hordenwagen in der
Halle statt.
<= 0,5 m²
>0,5-1,0 m²
>1,0-2,0 m²
>=2,0 m²
Für 30 Kunststoffteile, die ca. 60 % des
Jahresumsatzes ausmachen, wurde eine
Analyse der Abmessungen, der Oberfläche (innen, außen), der Stückzahl, der
Geometrie (3D einfach, 3D komplex) und
der Lackierflächen (Grundierung, Leit-,
Decklack) durchgeführt. Anschließend
wurden die Ergebnisse auf das gesamte
Teilespektrum hochgerechnet.
3%
26%
Bild 17: Auswertung des Lackierteilespektrums: Verteilung der Stückzahl
bezogen auf die Oberfläche der zu
lackierenden Teile
Bild 17 zeigt, dass die Stückzahl in den
unterschiedlichen Oberflächenkategorien
bis auf Großteile (über 2 m² Lackierfläche)
fast gleichverteilt ist. Bei der lackierten
Oberfläche dominiert die Teilegröße 12 m² Lackierfläche. (Bild 18)
1
Anlieferung der formfallenden Teile
2
Entgraten und Schleifen
3
Grundierung
4
Spachteln
5
Fertig schleifen
6
Lackierung (Leit- u. Decklack)
7
Siebdruck-Montage
8
Endkontrolle
9
Verpacken/Versand
<= 0,5 m²
>0,5-1,0 m²
>1,0-2,0 m²
>=2,0 m²
8%
62%
Nacharbeit
Bild 18: Auswertung des Lackierteilespektrums: Lackierte Oberfläche bezogen
auf die Oberfläche der zu
lackierenden Teile
Leitlack
2 Kammertrockner
2000 m²
Produktionsfläche
Grundierung + Durchlauftr.
3
Lackierraum
6
neu
Trockenabscheidung
Förderkette
Spritzstand
Vorbereitung
mit Wasserabscheidung
2 4 5
Arbeitsplätze
Großteile
Drucklufterzeugung
Kleinteile
Lager
1
Anlieferung
Versand
11%
19%
Bild 15: Produktionsablauf der Polyurethanteile – Lackierung
50 Beschäftigte
38%
33%
7
Kontrolle
8 9
Büro
Bild 16: Layout des Werks Tuningen
Zuluftanlage
(Heizung)
3.1.2
Betriebliche Energie- und
Stoffströme (Ökologische
Ergebnisse)
Die LCS Life Cycle Simulation GmbH hat
eine betriebliche Datenaufnahme (Strom-,
Heizöl-, Druckluft-, Lack-, Hilfsmittel-,
Personalbedarf, usw.) und –auswertung
für alle relevanten Prozessschritte der
Kunststoffteilelackierung gemäß der
beschriebenen Vorgehensweise (vgl. Bild
6 und Bild 15) durchgeführt. Im Folgenden
sind dazu die wesentlichen Energie- und
Stoffströme für das Produktionsjahr 2001
zusammengestellt.
Die Auswertung zur Verteilung des Strombedarfs des Werks wurde, wie in Tabelle 1
dargestellt, durchgeführt. Der gesamte
Strombedarf des Werks lag bei ca.
500.000 kWh/a. Die Hauptverbraucher
waren der Lackierbereich, das Entgraten
der Kleinteile (KT) und die Drucklufterzeu-
LfU
20
gung (vgl. Bild 19). Der Anteil des
Strombedarfs (Summe aller dargestellten
Bereiche) für die Beleuchtung macht ca.
26 % aus.
Bild 21 splittet die Stromverteilung im
Bereich der Lackierung auf. Hier haben
die Spritzstände (Ventilatoren und
Pumpen) und die Zuluftanlage (Ventilatoren) der Halle den größten Energiebedarf.
Der Heizölbedarf des Werks lag bei ca.
180.000 l/a und konnte nicht den Produktionsbereichen zugeordnet werden. Mit
Hilfe einer thermodynamischen Simulationsrechnung konnte der Energiebedarf
der Zuluftanlage (Hallenheizung) mit
einem Softwaretool von LCS bestimmt
werden (vgl. Bild 21). Die Verteilung des
Energiebedarfs zwischen Büros (Warmwasser, Heizung) und Trockner konnte
aus den Betriebsbedingungen des
Trockners (Produktionszeiten, Temperaturniveau, Abluft, usw.) von LCS abgeschätzt werden.
5,4%
0,1%
5,6%
19,3%
Druckluft
Entgraten GT
Entgraten KT
Grundierung
Lackierung
Siebdruck, Montage
Endkontrolle
Büros
4,7%
14,3%
45,4%
5,2%
Bild 19: Auswertung Strombedarf 2001
(GT = Großteile, KT = Kleinteile)
Spritzstände
Trockner
Zuluftanlage
Beleuchtung
19,2%
33,6%
32,0%
15,2%
Bild 20: Auswertung Strombedarf 2001
(Bereich Lackierung)
Zuluftanlage
Trockner
WW, Büro
18,1%
39,7%
42,2%
Zuluftanlage (simuliert): 250 d/a, 18 h/d, 45.000 Nm³/h, 20°C
Bild 21: Auswertung Heizölbedarf 2001
(WW = Warmwasser)
In Tabelle 4 sind die wesentlichen Stoffströme der Kunststoffteilelackierung
zusammengefasst. Der Lack- und Lösemittelverbrauch sowie das Abfallaufkommen sind Messwerte (erfasst über Rechnungen) für das Jahr 2001. Die Nacharbeit, die Spülverluste, der Auftragswirkungsgrad und die Schichtdicke sind mit
Erfahrungswerten für Kunststofflackierprozesse abgeschätzt [Harsch, 2000]. Daraus
ergibt sich dann die lackierte Fläche.
LfU
21
Tabelle 4: Lackverbrauch, Lösemittelverbrauch, Abfallaufkommen und Lösemittelemissionen
Lackverbrauch
Grundlack
Leitlack
Decklack
m²/a
140.000
18.500
150.000
g/cm³
1,60
1,40
1,20
Lackfestkörper (Einkauf)
%
65
45
65
Lösemittelanteil
%
35
55
35
Schichtdicke *
µm
25
50
50
Auftragswirkungsgrad *
%
35
50
30
kg/a
24.600
5.800
46.200
Spülverluste *
%
10
10
20
Nacharbeit *
%
0
0
10
kg/a
27.100
6.300
60.900
Lackierte Fläche
(berechnet)
Dichte Lack [g/cm³]
Verbrauch
Gesamtverbrauch
Lösemittelverbrauch zur Lackverdünnung
Lackverdünnung
%
35
-
12
Lackverdünnung
kg/a
8.600
-
5.500
kg/a
14.100
Gesamtverbrauch
Lösemittelemissionen (VOC) der Prozesse Lackapplikation, Trocknung und
Koagulierung
Prozesse
gesamt
kg/a
18.100
kg/a
48.400
3.500
26.800
Abfallaufkommen (Lackkoagulat)
Oversprayfestkörper
kg/a
12.000
1.554
30.600
Wasseranteil (geschätzt)
%
18,3
18,3
18,3
kg/a
14.700
1.900
37.400
kg/a
54.000
Koagulat
gesamt
* mit Erfahrungswerten abgeschätzt
Die Lösemittelemissionen der Firma Ritzi
+ Thieme betrugen im Jahr 2001 48,4 t.
Die Lösemittelbilanz gemäß 31. BImSchV
ist in Bild 22 zu sehen. Sie wurde mit dem
LCS Softwaretool „Lösemittelbilanz“
erstellt [LCS, 2002].
22
LfU
Bild 22: Lösemittelbilanz für die Firma Ritzi + Thieme im Jahr 2001, erstellt mit LCS Software
Lösemittelbilanz [LCS, 2002])
Heizöl
Strom
Lösemittel
Leitlack
100%
Relativer Beitrag in %
Neben der ökologischen Betriebsbilanz
wurde auch eine ökobilanzielle Betrachtung mit den Systemgrenzen von Bild 9
(Ressource bis lackiertes Teil) durchgeführt. Die Festlegungen und Grundlagen
sind dazu in Tabelle 9 zusammengestellt.
Sowohl für den Parameter Primärenergie
als auch für das Treibhauspotenzial
(GWP) dominiert der Einfluss der Energiebereitstellung mit 60-70 % am Gesamtergebnis. Bei der Wirkungskategorie
POCP (bodennahes Ozon) ist der Anteil
der Lösemittelemissionen im Betrieb mit
über 90% sehr hoch. Aus diesem Grund
setzt die 31. BImSch mit ihren
Forderungen hier an.
80%
Decklack
Grundierung
VOC Abluft
60%
40%
20%
0%
PE
GWP
POCP
Bild 23: Ökologische Analyse, PE = Primärenergiebedarf; GWP = Treibhauspotenzial; POCP = Photochemisches
Oxidantienbildungspotenzial Abschätzung der Lacksysteme gemäß
Angaben aus technischen Datenblättern
3.1.3
Die betriebswirtschaftliche Bilanz (Herstellkosten der Kunststoffteilelackierung)
der Firma Ritzi + Thieme für das Jahr
2001 ist in Bild 24 zusammengestellt.
Diese wurde gemäß der beschriebenen
verursachungsgerechten Kostenrechnung
erstellt (vgl. Bild 12 in Kapitel 2.4). Aufgrund der aufwendigen manuellen Vorbereitungsprozesse zum Lackieren (Entgra-
LfU
ten, Schleifen, Spachteln) und dem manuellen Lackauftrag machen die Lohnkosten
zwei Drittel der Herstellkosten aus. Die
Materialkosten belaufen sich auf ca. 26 %
der Herstellkosten. Investitions-, Energieund Entsorgungskosten spielen nur eine
untergeordnete Rolle.
Neben der Kostenübersicht wurde zusätzlich jede Kostenkategorie nach ihrer Wertschöpfung mit den angegebenen Annahmen abgeschätzt (vgl. Bild 25), d.h. ca.
30 % des Materialeinsatzes (entspricht
dem Materialnutzungsgrad der Lackierung) sind wertschöpfend. Aufgrund der
Vielzahl der manuellen Prozesse wurde
die Wertschöpfung beim Personal auch
mit 30% abgeschätzt. Das Ergebnis zeigt,
dass ca. zwei Drittel der Herstellkosten als
nicht wertschöpfend einzustufen sind.
Dieses Ergebnis deckt sich auch mit Erfahrungen aus anderen Analysen von
Lackierprozessen [Vüllers, 2002].
Durch detaillierte Prozessanalysen mit
anschließender Aufstellung von Optimierungsmaßnahmen bzw. Alternativen, kann
noch erhebliches Verbesserungspotenzial
erschlossen werden.
Investitionen
Material
Energie
1,4%
Lohnkosten
2,0%
26,4%
Entsorgung
3,5%
66,7%
Bild 24: Kostenübersicht der Kunststoffteilelackierung bei der Firma Ritzi +
Thieme im Jahre 2001
23
Investitionen (WS)
Energie (WS)
Material (WS)
1,4%
2,0%
3,5%
7,9%
Lohn (WS)
20,0%
Material (keine WS)
Lohn (keine WS)
46,7%
Entsorgung (keine WS)
18,5%
Annahmen: 30 % Wertschöpfung bei Material
30 % Wertschöpfung bei Personal (Bereich Lackierung und Grundierung)
Bild 25: Abschätzung: wertschöpfende
Prozesse bei der Kunststoffteilelackierung (WS = Wertschöpfung)
3.1.4
Handlungsoptionen zur
Einhaltung der 31. BImSchV
Bisher ist die Lackierung bei der Firma
Ritzi + Thieme nicht immissionsschutzrechtlich genehmigungsbedürftig, da der
Grenzwert von 25 kg/h Lösemittelverbrauch (TA-Luft) nicht überschritten
wird. Die Firma Ritzi + Thieme ist seit in
Kraft treten der 31. BImSchV anzeigepflichtig, da sie den Schwellenwert für
Lösemittelverbrauch von 5 t/a (Bereich 8
der Verordnung: Beschichten von sonstigen Metall- oder Kunststoffoberflächen)
überschreitet. Daher müssen in Zukunft
von der Firma Ritzi + Thieme Maßnahmen
zur Verminderung der Lösemittelemissionen getroffen werden. In der 31. BImSchV
gibt es zwei Möglichkeiten, die Minderung
der Lösemittelemissionen zu erreichen
[Hackmack, 2002]:
1. Einhaltung von Emissionsgrenzwerten
für Abgase und für diffuse Emissionen
oder Einhaltung von Gesamtemissionsgrenzwerten,
2. Anwendung und Einhaltung eines
Reduzierungsplans
Möglichkeit 1 bedeutet den Einbau von
Abluftreinigungssystemen für gasförmige
Emissionen (z.B. Adsorptionsanlagen,
Biofilter, Anlagen zur thermischen Nachverbrennung, usw.).
24
Möglichkeit 2 bietet zwei Alternativen, um
die 31. BImSchV einzuhalten [Hackmack,
2002]:
I.
Vereinfachter Nachweis („vereinfachter
Reduzierungsplan“): Anwendung,
wenn nur Einsatzstoffe mit einem sehr
niedrigen und definierten Lösemittelgehalt eingesetzt werden (kann nur bei
nicht genehmigungsbedürftigen Anlagen angewendet werden!). Für Bereich 8 (Kunststoffbeschichtung) gilt:
Schwellenwertbereich: 5-15 t/a; ausschließlich Einsatz von Beschichtungsstoffen mit einem VOC-Wert
≤ 250 g/l sowie Reinigungsmittel mit
einem Lösemittelgehalt von < 20 %.
II. Spezifischer Reduzierungsplan (für
Bereich 8 (Kunststoffbeschichtung)
anwendbar): Im Mittelpunkt des spezifischen Reduzierungsplans steht die
Zielemission, d.h. die maximal zulässige Emissionsfracht einer Anlage
bzw. eines Betriebs. Zur Erreichung
der Zielemission sieht die Verordnung
abgestufte Anforderungen vor.
Die Anwendung des spezifischen Reduzierungsplans wird anhand der Lösemittelbilanz der Firma Ritzi + Thieme veranschaulicht. Anhand des Lackverbrauchs
(hier: 108,7 t/a) und des mittleren Lösemittelgehalts der Lacksysteme lassen sich
die jährlichen Mengen für Lösemittelverbrauch (hier: 48,4 t/a) und Feststoffverbrauch (hier: 60,3 t/a) bestimmen.
Gemäß Anhang IV der 31. BImSchV ist
nun die Bezugsemission (hier: 90,5 t/a) als
LfU
Multiplikation des Feststoffverbrauchs mit
einem branchenspezifischen Multiplikationsfaktor (hier: 1,5 für Kunststoffbeschichtung) zu ermitteln. Die Zielemission
(hier: 22,6 t/a) ergibt sich dann durch
Bezugsemission multipliziert mit dem
branchenspezifischen Prozentsatz (hier:
(20 + 5) % für Kunststoffbeschichtung mit
Schwellenwert > 15 t/a). Damit ist für
Firma Ritzi + Thieme ab dem 1. November
2005 eine maximal zulässige Gesamtemission an Lösemitteln von jährlich 33,9 t
bzw. ab 1. November 2007 von 22,6 t zu
erfüllen.
Prinzipiell lässt sich die Zielemission durch
schrittweise Erhöhung des Festkörpergehalts der Lacksysteme erreichen. Phase 1
in Tabelle 5 zeigt, dass die Reduzierung
des Lösemittelgehalts der Lacksysteme
von 44,5 auf 36 % (Erhöhung des Festkörpergehalts von 55,5 auf 64 %) die
Einhaltung der 31. BImSchV bis November 2007 ermöglicht. Ein mittlerer Lösemittelgehalt von 27,3 % (vgl. Phase 2 in
Tabelle 5) würde die Einhaltung der Verordnung ab November 2007 gewährleisten. Allerdings stoßen solche hohen
Festkörpermengen an technische Grenzen, d.h. die Applikation dieser festkörperreichen Lacksysteme wird schwierig und
die zu erzielenden Qualitäten schlecht.
Deshalb sind für die praxisgerechte Umsetzung eines Redzierungsplans weitere
Handlungsalternativen notwendig.
LfU
25
Tabelle 5: IST-Stand bei der Firma Ritzi + Thieme im Jahr 2001, Berechnung von zulässigen
Gesamtemissionen an Lösemitteln
Ritzi + Thieme
IST-Stand
Phase 1
Phase 2
Kunststoffbeschichtung
> 15
> 15
> 15
lösemittelbasiert
lösemittelbasiert
lösemittelbasiert
Lackverbrauch in t/a
108,7
94,2
82,9
LM-Gehalt in %
44,5
36,0
27,3
LM Emissionen in t/a (VOC)
48,4
33,9
22,6
Feststoffverbrauch in t/a
60,3
60,3
60,3
Multiplikationsfaktor
1,5
1,5
1,5
Bezugsemission in t/a
90,5
90,5
90,5
Grenzwert für diffuse
Emissionen in % (+5%)
25,0
25,0
25,0
Zielemission t/a
22,6
22,6
22,6
Branche
Schwellenwert LM in t/a
Lack-Typ
Maximal zulässige Gesamtemissionen (VOC)
ab 01.11.2005 (Altanlagen)
33,9
33,9
33,9
ab 01.11.2007 (Altanlagen)
22,6
22,6
22,6
Die Einhaltung der 31. BImSchV kann
unter Anwendung des spezifischen
Reduzierungsplans von der Firma Ritzi +
Thieme wie folgt stufenweise durchgeführt
werden (vgl. Tabelle 6):
November 2005 bis November 2007:
•
Szenario 1: Erhöhung des mittleren
Festkörpergehalts der eingesetzten
Lacksysteme von 55,5 auf 64 %, oder
•
Szenario 2: Beibehaltung der bisherigen Lacksysteme und Einführung von
Wasserlacksystemen (Produktionsanteil: 40 %; Lösemittelgehalt: 10 %)
Ab November 2007:
•
Szenario 3: Erhöhung des mittleren
Festkörpergehalts der eingesetzten
Lacksysteme von 55,5 auf 64 % und
Einführung von Wasserlacksystemen
(Produktionsanteil: 52 %; Lösemittelgehalt: 10 %)
LfU
26
Tabelle 6: Handlungsoptionen für Ritzi + Thieme zur Einhaltung der EG-Lösemittelrichtlinie
IST-Stand Szenario
1
LM Lack.
LM Lack
Fk erhöht
Szenario 2
Szenario 3
Aufsplittung
Aufsplittung
Wasserlack
LM Lack.
48.263
65.220
Wasserlack
62.742
LM Lack.
Fk erhöht
45.246
Lackmaterial gesamt
in kg/a
108.700
94.263
Lösemittelgehalt in %
44,5
36,0
10,0
44,5
10,0
36,0
Festkörpergehalt in %
55,5
64,0
50,0
55,5
50,0
64,0
Lösemittelverbrauch
in kg/a
48.372
33.935
4.826
29.023
6.274
16.289
Festkörperverbrauch
in kg/a
60.329
60.329
-
-
Aufsplittung in %
113.483
107.988
33.849
24.131
22.563
36.197
31.371
60.329
40
28.958
60.329
60
52
48
LM Lack = konventioneller lösemittelbasierter Lack
LM-Lack Fk erhöht = konventioneller lösemittelbasierter Lack mit erhöhtem Festkörper
3.1.5
Fazit der betrieblichen
IST-Analyse
¾
Die Abschätzung des Lackauftragswirkungsgrads und die Darstellung der
Lackverluste durch Overspray haben
gezeigt, dass hier nach weiteren Optimierungsmaßnahmen zu suchen ist
(z.B. Applikationstechnik, Prozessautomatisierung).
¾
Aufgrund der vielen manuellen Tätigkeiten machen die Personalkosten
zwei Drittel der Herstellkosten aus.
Hier sollten weitere Möglichkeiten der
Prozessoptimierung bzw. –automatisierung ausgenutzt werden (z.B.
Reduzierung von Vorbehandlungsschritten).
¾
Die Lacktrocknung auf Hortenwagen
in der Halle benötigt viel Platz und
Zeit. Hier sollten Maßnahmen zur
schnellen Trocknung eingeführt
werden.
¾
Die Nacharbeit im Decklackbereich
wurde mit 10 % abgeschätzt. Hier
Die dargestellten technischen und ökonomischen Ergebnisse ermöglichen folgende
zusammenfassende Aussagen:
¾
¾
Die bei Firma Ritzi + Thieme emittierten Lösemittelmengen überschreiten den Schwellenwert der
31. BImSchV. Damit sind bis spätestens November 2005 Maßnahmen zur
Reduzierung der Lösemittelemissionen zu ergreifen. Handlungsoptionen
für Firma Ritzi + Thieme sind aufgezeigt.
Die Darstellung der Verteilung der
Stromverbraucher und des Heizölbedarfs ermöglicht der Firma Ritzi +
Thieme, weitere betriebliche Optimierungspotenziale zu erschließen (z.B.
Überprüfung der Druckluftanlage, Reduzierung/Abschaltung der Absaugventilatoren der Spritzstände, wenn
keine Lackapplikation erfolgt, usw.).
LfU
sollten nochmals die genauen Ursachen untersucht und anschließend
Maßnahmen zur Reduzierung ergriffen
werden.
Zusammenfassend hat die in Kapitel 2.1
beschriebene und hier angewandte
Vorgehensweise gezeigt, dass Betriebe
umfassend analysiert und Optimierungspotenziale dargestellt werden können. Aus
dieser betrieblichen Analyse können
einige erzielten Ergebnisse als Kennzahlen für das weitere Controlling technisch
wie auch ökonomisch genutzt werden.
3.2 Aufstellung Erfolg
versprechender
Lackierkonzepte
Nach Abschluss der Betriebsanalyse
wurden in Abstimmung mit Firma Ritzi +
Thieme Erfolg versprechende Lackierkonzepte aufgestellt. Das allgemeine
Anforderungsprofil der Firma Ritzi +
Thieme für die neue Lackiertechnik sieht
wie folgt aus:
27
Vorbehandlung
Material
ISTStand
Applikationstechnik
Trocknungstechnik
Peripherie
gesamter Fertigungsprozess
Bild 26: Möglichkeiten der Integration neuer
Technologien im Bereich
Lackiertechnik
Bereich Vorbehandlung:
Optimierungsansatz: Reduzierung der
manuellen Vorbehandlung (Schleifen,
Entgraten).
Erfolg versprechende Alternative: Plasmaanlage (wurde bereits vor diesem
Projekt von Firma Ritzi + Thieme untersucht und wird im nächsten Jahr eingeführt).
¾
Neue Lackieranlage soll eine 20 %ige
Produktionssteigerung ermöglichen.
¾
Die Wirtschaftlichkeit soll bei gleicher
oder besserer Qualität erhöht werden.
¾
Die gesetzlichen Rahmenbedingungen
(z.B. 31. BImSchV) sind mit der neuen
Anlage zu erfüllen.
Bereich Material:
Produktionskontrolle über ein Kennzahlensystem sollte bei der neuen
Anlage eingeführt werden.
Erfolg versprechende Alternative: Einführung von wasserbasierten Lacksystemen
(nach Rücksprache von Ritzi + Thieme mit
Lackherstellern möglich).
¾
Eine Lackieranlage setzt sich aus verschiedenen Prozessstufen zusammen, bei
denen unterschiedliche Materialien zum
Einsatz kommen können (vgl. Bild 26). Im
Folgenden werden einige mit Firma Ritzi +
Thieme abgestimmten Alternativen beschrieben. Informationen zu den Alternativen sind im Anhang des Berichts
zusammengestellt.
Vorteile der Plasmabehandlung: Haftungsverbesserung der Lacksysteme,
bessere Reproduzierbarkeit des Vorbehandlungsprozesses.
Optimierungsansatz: Reduzierung der
Lösemittelemissionen.
Vorteile von Wasserlacken: niedrigere
Lösemittelemissionen, vergleichbare
Qualitäten wie mit konventionellen Lacksystemen erzielbar.
Nachteile von Wasserlacken: die Vorbehandlung der Oberfläche muss besser
sein, um Haftungsprobleme zu vermeiden;
Handhabung und Anwendung muss sorg-
28
LfU
fältiger und unter definierten Bedingungen
durchgeführt werden; Anlagentechnik ist
gegen Korrosion zu schützen.
temen; geringerer Energiebedarf als bei
thermischer Trocknung durch Umluftführung (z.B. 80°C für Kunststoffteile).
Bereich Applikationstechnik:
Eventueller Nachteil bei Trocknung mit
trockener Luft: es ist zu prüfen ob Hohlräume bei komplexen Geometrien genügend getrocknet werden.
Optimierungsansatz: Verbesserung des
Lacknutzungsgrades (d.h. Erhöhung des
Lackauftragswirkungsgrads Æ Einsparung
von Lackmaterial).
Erfolg versprechende Alternative: Einführung der Roboterapplikation.
Vorteile Roboterapplikation: Applikation
wird immer gleich durchgeführt und kann
somit zur Erhöhung des Auftragswirkungsgrads und der Produktionsleistung
führen.
Nachteile Roboterapplikation: höhere
Investitionskosten; Mindest-Losgrößen
erforderlich, um wirtschaftlich beschichten
zu können.
Erfolg versprechende Alternative für
Bereich Grundierung: Einführung der
Lack-in-Lack Spritzkabine.
Vorteile Lack-in-Lack Spritzkabine: Lackoverspray wird durch Lackmaterial, das in
der Kabine (Wände, Boden) umgepumpt
wird aufgefangen und kann wieder
verwendet werden, d.h. es entstehen
keine Lackverluste.
Nachteile Lack-in-Lack Spritzkabine: es
kann nur ein Farbton pro Spritzkabine
verarbeitet werden bzw. Spritzkabine
muss bei Farbwechsel aufwendig gereinigt
werden.
Erfolg versprechende Alternative: Mikrowellentrocknung von Wasserlacken auf
Kunststoffen; erste Erfolg versprechende
Versuche liegen vor [Harsch, 2002], eine
marktreife Technologie (Lacksysteme und
Anlagentechnik) muss aber noch entwickelt werden Æ Technologie wird deshalb
im Folgenden nicht weiter betrachtet.
Erfolg versprechende Alternative: UVTrocknung; nach Rücksprache von Firma
Ritzi + Thieme mit Lackherstellern gibt es
hierfür noch keine geeigneten UV-Lacksysteme Æ Technologie wird deshalb im
Folgenden nicht weiter betrachtet.
3.3 Simulation Erfolg
versprechender
Lackierkonzepte
Für die vorgeschlagenen Erfolg
versprechenden Alternativen wurde eine
prozessbezogene Datenaufnahme
durchgeführt. Die Vorgehensweise zur
Simulation der Lackierkonzepte und zum
Technologievergleich ist in Kapitel 2.5 (vgl.
Bild 14) beschrieben. Im Folgenden sind
dazu die Randbedingungen
zusammengestellt.
Bereich Trocknungstechnik:
3.3.1
Optimierungsansatz: Verkürzung der
Trocknungszeit und Energieeinsparung
durch forcierte Umlufttrocknung.
Der Produktionsablauf für die neuen Erfolg
versprechenden Lackierkonzepte wurde
von der Firma Ritzi + Thieme umgestellt
(vgl. Bild 27). Der Prozessschritt
Schäumen und Entgraten wurde nach
vorne verlagert und soll in Zukunft bereits
bei Firma Thieme durchgeführt werden.
Die Vorbehandlungsmaßnahmen (Vorbereitung zur Haftung) sollen durch eine
Erfolg versprechende Alternative: Trocknung mit trockener Luft.
Vorteile bei Trocknung mit trockener Luft:
Reduzierung der Trocknungszeit bei Wasserlacken bzw. konventionellen Lacksys-
Randbedingungen
LfU
Plasmaanlage ausgeführt werden. Die
restlichen Prozessschritte bleiben erhalten
(vgl. auch Bild 15).
Schäumen und Entgraten
1
Anlieferung der Teile
2
Vorbereitung zur Haftung (Plasmaanlage)
3
Grundierung
4
Spachteln
5
Fertig schleifen
6
Lackierung (Leit- u. Decklack)
7
Siebdruck-Montage
8
Endkontrolle
9
Verpacken/Versand
In Abstimmung mit der Firma Ritzi +
Thieme wurden die Erfolg versprechenden
Alternativen für zwei Konzeptvorschläge
ökologisch und ökonomisch simuliert. Der
Produktionsablauf ist mit den Nummern
aus Bild 27 dargestellt. Die Vorschläge
sind auf das Werk in Tuningen angepasst
und beinhalten:
Konzeptvorschlag: Teilautomatisierung
mit Handapplikation (TA) (vgl. Bild 28)
Plasmaanlage zur Vorbehandlung.
¾
Eine Spritzkabine mit Handapplikation
für Grundierung; Spritzkabine und
Trockner über Kettenförderer verbunden.
¾
Zwei Spritzkabinen mit Handapplikation für Decklackierung (inkl. Leitlack);
Spritzkabinen und Trockner über Kettenförderer verbunden.
Plasmaanlage zur Vorbehandlung.
¾ Drei Spritzkabinen (auf vier erweiterbar) mit Roboterapplikation für Grundierung und Decklackierung (inkl.
Leitlack); Spritzkabinen und Trockner
über Power&Free-Förderer verbunden.
Bild 27: Neuer Produktionsablauf der
Polyurethanteile-Lackierung
¾
Konzeptvorschlag: Vollautomatisierung
mit Roboterapplikation (VA)
(vgl. Bild 29)
¾
Nacharbeit
0
29
Die Randbedingungen der Produktion und
die Materialkennwerte der konventionellen
und wasserbasierten Lacksysteme sind in
Tabelle 7 zusammengestellt. Für den
Leitlack steht nach Angaben des Lackherstellers zur Zeit kein wasserbasiertes
System zur Verfügung. Die Preise für die
Wasserlacksysteme werden ca. 20 %
höher angesetzt.
Um die Aussagefähigkeit des Technologievergleichs zum betrieblichen ISTStand zu erhöhen, werden für die beiden
Konzeptvorschläge jeweils ein bester Fall
(BC = best case) und ein schlechtester
Fall (WC = worst case) simuliert (vgl. Bild
30). Die Randbedingungen für die Szenarien sind in Tabelle 8 zusammengestellt.
Zusätzlich wird für den IST-Stand ein
Szenario simuliert, bei dem nur eine zusätzliche Abluftreinigungsanlage (Adsorptionstechnik) mitbetrachtet wird.
Bei der Simulation wird der Prozessschritt
Entgraten wegen der Vergleichbarkeit
(Personalbedarf) zum IST-Stand berücksichtigt.
LfU
30
Trockner
3
Trockner
4 5
2
Spritzkabine
6
Auflegen
Drucklufterzeugung
Kettenförderer
Auflegen
Plasmaanlage
Entnehmen
Entnehmen
Auflegen
Spritzstand
Arbeitsplätze
Entnehmen
7 8 9
Lager
Zusätzlich:
- 3 Führungskräfte
- 3 Fachpersonal
- 1 Hilfskraft (Büro)
- (10 Hilfskräfte 0 )
1
Anlieferung
Versand
Büro
Bild 28: Konzeptvorschlag: Teilautomatisierung mit Handapplikation (TA)
Trockner
Trockner
Plasmaanlage
2
Drucklufterzeugung
4 5
Entnehmen
3
6
Power & Free Förderer
Förderkette
Auflegen
Spritzstand
Arbeitsplätze
7 8 9
1
Anlieferung
Versand
Spritzkabine
Büro
Zusätzlich:
- 3 Führungskräfte
- 3 Fachpersonal
- 1 Hilfskraft (Büro)
- (10 Hilfskräfte 0 )
Bild 29: Konzeptvorschlag: Vollautomatisierung mit Roboterapplikation (VA)
LfU
31
Tabelle 7: Randbedingungen Produktion und Lacksysteme für die Konzeptvorschläge
Lackierte Teile
Stk./a
150.000
%
20
Kapazitätssteigerung
möglich
Grundlack
Leitlack
Decklack
140.000
18.500
150.000
g/cm³
1,60
1,40
1,20
Lackfestkörper
%
50
45
60
Lösemittelanteil
%
50
55
40
Schichtdicke
µm
25
50
50
Preis
€/kg
3,62
21,00
6,52
g/cm³
1,60
-
1,20
Lackfestkörper
%
50
-
50
Lösemittelanteil
%
10
-
10
Schichtdicke
µm
25
-
50
Preis
€/kg
4,40
-
7,50
Lackierte Fläche
m²/a
konventionelle Lacksysteme
Dichte Lack
wasserbasierte Lacksysteme
Dichte Lack
worst case
(WC)
• Einsatz von konventionellen Lacksystemen und
Abluftreinigung
• geringere Materialnutzungsgrade (wie IST-Stand)
• Umlufttrocknung bei 80°C
Herstellkostenfenster, Umweltauswirkungen
best case
(BC)
•
•
•
•
Einsatz von Wasserlacken
höhere Materialnutzungsgrade
Trocknung mit trockener Luft
Lack-in-Lack Technologie bei Grundierung
Bild 30: Ansatz zur Abschätzung der Wirtschaftlichkeitsgrenzen und Umweltauswirkungen
LfU
32
Tabelle 8: Randbedingungen der Konzeptvorschläge und der Szenarien für den
Technologievergleich
Parameter
Einheit
Vorbehandlung
Fördertechnik
Spritzkabine
GL
Szenarien
IST
IST (u. I.)*
TA BC
TA WC
VA BC
VA WC
Schleifen/
manuell
Schleifen/
manuell
Plasma
Plasma
Plasma
Plasma
manuell
manuell
Kette
Kette
Power &
Free
Power &
Free
Lack-inLack
Standard
Lack-inLack
Standard
Spritzstand Spritzstand
Applikation
GL
manuell
manuell
manuell
manuell
Roboter
Roboter
Lacksystem
GL
konv. LM
konv. LM
Wasser
konv. LM
Wasser
konv. LM
AWG GL
%
35
35
100
35
100
40
Spülverluste
GL
%
10
10
10
5
10
5
grundierte
Teile
%
100
100
50
100
50
100
Spritzkabine
DL/LL
Spritzstand Spritzstand
Standard
Standard Standard Standard
Applikation
DL/LL
manuell
manuell
manuell
manuell
Roboter
Roboter
Lacksystem
DL/LL
konv. LM
konv. LM
Wasser
konv. LM
Wasser
konv. LM
%
30
(LL 50)
30
(LL 50)
35
(LL 50)
30
(LL 50)
50
(LL 60)
35
(LL 50)
Spülverluste
DL/LL
%
20
20
15
20
10
15
Nacharbeit
DL
%
10
10
5
10
5
10
Trocknung
Umluft/
Raum
Umluft/
Raum
trockene
Luft
konv.
Umluft
trockene
Luft
konv.
Umluft
Abluftreinigung *
nein
ja
nein
ja
nein
ja
65
65
57
57
47
47
AWG DL/LL
Personalbedarf (2 S)
Anzahl
u. I. = umweltrelevante Investition Æ Integration einer Abluftreinigungsanlage
GL = Grundlack; DL = Decklack; LL = Leitlack; AWG = Auftragswirkungsgrad
* Abluftreinigung wird als Anlage auf Basis der Adsorptionstechnik betrachtet
33
3.3.2
Ökologische Ergebnisse
Die ökobilanzielle Betrachtung wurde bis
auf die kritische Begleitung gemäß der
LfU
ISO 14040 ff. durchgeführt. Wichtige
Festlegungen und Grundlagen sind in
Tabelle 9 zusammengefasst.
Tabelle 9: Festlegungen und Grundlagen zur ökobilanziellen Betrachtung
Ziel
¾ Vergleich Erfolg versprechender Lackierkonzepte zum
IST-Stand
Funktionelle Einheit
¾ Gemitteltes lackiertes Polyurethan-Kunststoffteil
Systemgrenzen
¾ Ressourcen bis Fabriktorausgang bei Firma Ritzi +
Thieme, vgl. Bild 9
¾ Infrastruktur und Anlagentechnik sind nicht bilanziert.
Untersuchte Technologien
• Vgl. Szenarienbeschreibung in Tabelle 8
Datengrundlage/Software
¾ ökologische Bilanzierungssoftware GaBi 3 [GaBi 3]
¾ Datengrundlage Lacksysteme: GaBi 3 und LCS
Datenbank für Lackgrundstoffe, technische Merkblätter
der Lacklieferanten zur Abschätzung der Rezeptur
¾ IST-Stand: Ritzi + Thieme Betriebsinformationen von
2001
¾ Prozesse der Konzeptvorschläge: Ritzi + Thieme,
Anlagenhersteller, LCS
Bilanzparameter Ökonomie
¾ Herstellkosten
Bilanzparameter Ökologie
¾ Sachbilanzebene: Lösemittelemissionen,
Primärenergiebedarf
¾ Wirkungsabschätzung: Treibhauspotenzial,
photochemisches Oxidantienbildungspotenzial (POCP),
vgl. Beschreibung im Anhang
Sensitivitätsbetrachtung
¾ über Szenarienbetrachtung und über Variation der
Produktionsleistung durchgeführt
Die ökologische Auswertung beginnt auf
der betrieblichen Ebene mit dem Stromund Heizölbedarf für die Anlagen. Die
festgelegten Szenarien werden dabei für
eine Jahresproduktion von 150.000 Teilen
(heutiger Stand) bzw. 180.000 Teilen
(Kapazitätserweiterung um 20 % der
Neuanlage) mit dem IST-Stand verglichen.
Folgende Aussagen können zu Bild 31
und Bild 32 gemacht werden:
¾
Der Strombedarf ist beim IST-Stand
aufgrund der geringen Automatisierung am kleinsten.
¾
Die Integration einer thermischen
Abluftreinigung (hier: Adsorptionstechnik) erhöht signifikant den Strom- und
Heizölbedarf (vgl. Szenarien IST u. I.,
TA WC, VA WC).
¾
Die teilautomatisierten Konzepte
benötigen weniger Strom und Heizöl
als die vollautomatisierten Konzepte.
34
Strom
20
Heizöl
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
IST
IST u.I.
TA BC
TA WC
VA BC
VA WC
Bild 31: Sachbilanz: Direkter Energiebedarf
(150.000 Teile/a)
Strom
20
Heizöl
18
16
14
12
10
8
LfU
Szenarien (TA BC, VA BC), bei denen
Wasserlacke eingesetzt werden, die geringsten POCP-Werte. Zusätzlich lässt
Bild 34 erkennen, dass der Beitrag der
gesamten Materialherstellung und der
Energiebereitstellung im Vergleich zu den
Emissionen bei der Lackapplikation eine
untergeordnete Rolle spielen.
Bild 35 und Bild 36 zeigen den Primärenergiebedarf, d.h. alle innerhalb der
Systemgrenzen (Ressource bis
Fabriktorausgang bei der Firma Ritzi +
Thieme) verbrauchten energetischen
Ressourcen, für den IST-Stand und für die
Szenarien. Folgende Aussagen können
abgeleitet werden:
6
4
¾
Die Integration einer thermischen
Abluftreinigung (hier: Adsorptionstechnik) erhöht signifikant den Primärenergiebedarf (vgl. Aussage beim direkten
Energiebedarf).
¾
Mit den Szenarien TA BC bzw. VA BC
kann der Primärenergiebedarf pro Teil
reduziert werden. Im Vergleich zum
IST-Stand würde dies ca. 100 t Erdöläquivalente pro Jahr (Produktion:
150.000 Teile) bzw. ca. 170 t Erdöläquivalente pro Jahr (Produktion:
180.000 Teile) an Differenz bedeuten.
¾
Eine Teil- bzw. Vollautomatisierung
mit konventionellen Lacksystemen
(Szenarien TA WC und VA WC) und
Abluftreinigung erzielt keine oder nur
geringere ökologische Vorteile (Annahme: Szenario IST u. I. wird für die
Zukunft die Vergleichsbasis).
¾
Die Unterschiede zwischen den BC
und WC Szenarien beider Automatisierungskonzepte sind groß. Dies
liegt zum einen am Einsatz der Abluftreinigung und zum andern am günstigeren Ökoprofil der Wasserlacksysteme (d.h. die Lackherstellung ist aus
ganzheitlicher Sichtweise ökologisch
2
0
IST
IST u.I.
TA BC
TA WC
VA BC
VA WC
Bild 32: Sachbilanz: Direkter Energiebedarf
(180.000 Teile/a)
Bild 33 zeigt die emittierten Lösemittel des
IST-Stands und die simulierten Werte der
Szenarien. Mit allen Szenarien werden die
Zielemissionen für 2007 deutlich unterschritten. Die Abluftreinigungstechnologie
reduziert zwar deutlich die Lösemittelemissionen, dennoch werden im Vergleich zu
den Szenarien ohne Abluftreinigung erhebliche Lösemittelmengen emittiert.
Wichtiger als die Emissionsfracht ist das
ökologische Schädigungspotenzial, das
mit der Wirkungskategorie photochemisches Oxidantienbildungspotenzial
(POCP; Sommersmog oder bodennahes
Ozon) beurteilt wird. Im Vergleich zu den
konventionellen Lacksystemen haben die
typischen Lösemittel der Wasserlacksysteme ein deutlich geringeren POCP-Wert
(ca. die Hälfte) [May, 1997; Harsch, 1998,
CML, 2001]. Dadurch ändert sich auch
das Ergebnis bei der Betrachtung der
Emissionsfrachten (vgl. Bild 33) zu der
Bewertung des Schädigungspotenzials
durch POCP in Bild 34. Hier haben die
LfU
50
Grundlack
Heizöl
Strom
150
100
50
0
IST
35
30
Grenzwert (Zielemission ab 2007)
25
20
IST u.I.
TA BC
TA WC
VA BC
VA WC
Bild 36: Sachbilanz: Primärenergiebedarf
(180.000 Teile/a )
15
10
VOC Abbau
Treibhauspotenzial
in kg CO2-Äquivalent pro Teil
15
0
Lösemittel
Leitlack
Decklack
12
IST
IST u.I.
TA BC
TA WC
VA BC
VA WC
Bild 33: Sachbilanz: VOC Emissionen
POCP in kg Ethen-Äquivalent pro Teil
Decklack
40
5
0,14
Abluft
Materialherstellung
0,12
0,10
Grundlack
Heizöl
9
Strom
6
3
0
IST
IST u.I.
TA BC
TA WC
VA BC
VA WC
0,08
Bild 37: Wirkungsabschätzung: Treibhauspotenzial (150.000 Teile/a)
0,06
0,04
0,02
VOC Abbau
15
0,00
IST
IST u.I.
TA BC
TA WC
VA BC
VA WC
Bild 34: Wirkungsabschätzung: POCP der
Lösemittelemissionen
(150.000 Teile/a)
Lösemittel
250
Leitlack
200
Treibhauspotenzial
in kg CO2-Äquivalent pro Teil
VOC Emissionen in t/a
45
Lösemittel
250
günstiger) im Vergleich zu den konventionellen Lacksystemen. Die gemittelte Differenz ergibt einen Unterschied von ca. 280 t Erdöläquivalente
pro Jahr.
35
Lösemittel
Leitlack
Decklack
12
Grundlack
Heizöl
9
Strom
6
3
Leitlack
Decklack
Grundlack
200
0
IST
IST u.I.
TA BC
TA WC
VA BC
VA WC
Heizöl
Strom
150
Bild 38: Wirkungsabschätzung: Treibhauspotenzial (180.000 Teile/a )
100
50
0
IST
IST u.I.
TA BC
TA WC
VA BC
VA WC
Bild 35: Sachbilanz: Primärenergiebedarf
(150.000 Teile/a)
Für die Betrachtung der Wirkungskategorie Treibhauspotenzial (vgl. Bild 37 und
Bild 38) gelten vergleichbare Aussagen
wie für den Primärenergiebedarf. Im
Vergleich zum IST-Stand könnten durch
die BC Szenarien ca. 200 t CO2-Emissionen pro Jahr (Produktion: 150.000 Teile)
bzw. ca. 400 t CO2-Emissionen pro Jahr
(Produktion: 180.000 Teile) eingespart
werden.
36
3.3.3
Die ökonomischen Ergebnisse wurden
anhand der in Kapitel 2.4 beschriebenen
Methodik der verursachungsgerechten
Kostenrechnung ermittelt. Die Basis dazu
bildet die prozessbezogene Vorgehensweise zur Ermittlung der Energie- und
Stoffströme der betrachteten Szenarien.
Herstellkosten in Euro pro Teil
Folgende Aussagen gelten für Bild 39 und
Bild 40:
¾
Die Umsetzung der 31. BImSchV
erfordert Investitionen zur Reduzierung der Lösemittelemissionen. Die
Investitions- und Betriebskosten einer
thermischen Abluftreinigung (Szenario
IST u.I.) erhöhen die Herstellkosten,
wenn keine weiteren Maßnahmen getroffen werden.
¾
Die Umstellung auf Wasserlacke,
Plasmavorbehandlung, Recycling der
Grundierung, Trocknung mit trockener
Luft, Teil- bzw. Vollautomatisierung
bringt unter den festgelegten Randbedingungen (Szenarien TA BC und VA
BC) wirtschaftliche Vorteile, die zusätzlich stark von der jährlichen Stückzahl abhängen.
¾
mit konventionellen Lacksystemen
(Szenarien TA WC und VA WC) und
Abluftreinigung erzielen deutlich geringere bzw. keine wirtschaftlichen
Vorteile.
¾
Eine abschließende Bewertung Erfolg
versprechender Alternativen sollte anhand von abgestimmten Angeboten
stattfinden.
Entsorgung
25
Wartung
Energie
Personal
20
Material
Investitionen
15
10
5
0
IST
IST u.I.
TA BC
TA WC
VA BC
VA WC
Bild 39: Herstellkosten pro Kunststoffteil
(Abschätzung für 150.000 Teile/a)
Entsorgung
25
Herstellkosten in Euro pro Teil
LfU
Wartung
Energie
Personal
20
Material
Investitionen
15
10
5
0
IST
IST u.I.
TA BC
TA WC
VA BC
VA WC
Bild 40: Herstellkosten pro Kunststoffteil
(Abschätzung für 180.000 Teile/a)
4 Lackiertechnik
Unter den Begriff Lackiertechnik fallen
viele unterschiedliche Prozesse und Materialien. Im Folgenden wird hierzu ein kurzer Überblick gegeben, wobei auf Optimierungsmaßnahmen für Lackierbetriebe
etwas ausführlicher eingegangen wird.
Weitergehende Informationen finden sich
in der angegebenen Literatur.
Bild 41 gibt einen Überblick zu Materialien,
Applikationstechnik, Trocknungs- (Vernet-
zung), peripheren Prozessen und Prozesssubstitutionen in der Lackiertechnik.
Bei den Materialien untergliedern sich die
Flüssiglacke in konventionelle lösemittelhaltige Systeme und wasserbasierte
Systeme. Je nach Teilegeometrie und
Lackschichtaufbau kommen unterschiedliche Applikationstechniken (gießen,
walzen, spritzen) für die Lacke zum Einsatz. Dementsprechend ist auch der
Vernetzungs- bzw. Trocknungsprozess für
LfU
Lackiertechnik
die unterschiedlichen Lacksysteme zu
gestalten. Beispielsweise kann die Mikrowellentrocknung von Wasserlacken auf
Kunststoffsubstraten eine interessante
Alternative zur konventionellen Umluft-
Vorbehandlung
37
trocknung darstellen [Harsch, 2002]. Die
peripheren Prozesse stellen sicher, dass
die Lackierung sicher und mit konstanter
Qualität ablaufen kann.
Entfetten, Reinigen, Maßnahmen zur Haftungsverbesserung
Materialien
Flüssiglacke, Pulverlacke (ein-, mehrschichtig)
Applikation
gießen, walzen, spritzen (mit/ohne Elektrostatik)
Vernetzen/Trocknen
Peripherie
Produktionsverlagerung/
Prozesssubstitutionen
Konvektions-, Strahlentrocknung (IR, UV, ES,
Mikrowellen)
Overspraybehandlung, Energiebereitstellung
Abluft-, Abwasserreinigung, Fördertechnik, Logistik
Bandbeschichtung (Coil Coating),
Folienbeschichtung
Bild 41: Übersicht zu Lackierverfahren [Harsch, 2002 (b)]
Zusätzlich gehören in diesen Kontext die
Bandbeschichtung, die eine Verlagerung
der Beschichtung vom Endprodukt zu den
Halbzeugen bewirkt, bzw. die Folienbeschichtung, die eine Substitution von
Lackierprozessen zum Zweck hat.
Weiterführende Literatur zur Lackiertechnik findet sich u.a. bei [Ondratschek,
2001; May, 1997, Obst, 2002; Pietschmann, 2002].
Das ökonomische und ökologische Potenzial der Lackierverfahren liegt in Zukunft
darin, dass produktionsintegrierte Maßnahmen, ergänzt durch neue Materialien
und Technologien, ergriffen werden.
Hierzu werden im Folgenden grundlegende und anspruchsvolle Maßnahmen
vorgestellt [VDI (Harsch), 2002]. Es ist zu
beachten, dass je nach Anwendungsfall
bestimmte Maßnahmen mehr oder weniger sinnvoll für einen Betrieb sein können.
Um die Maßnahmen richtig beurteilen zu
können, sollte vorab eine betriebliche ISTAnalyse von wesentlichen ökonomischen
und ökologischen Kennzahlen durchgeführt werden.
4.1 Grundlegende
Maßnahmen zur
Optimierung
Diese Maßnahmen können von den Betrieben ohne größere planerische und
organisatorische Aufwendungen mit geringen Investitionen umgesetzt werden. Eine
Auswahl ist im Folgenden dazu stichwortartig zusammengestellt
[VDI (Harsch), 2002]:
¾
Wartung und Reinigung der Anlagentechnik
→ optimaler Anlagenbetrieb reduziert
Ausschussraten und Stillstandzeiten
¾
Vermeidung bzw. Reduzierung von
Partikelemissionen im Lackierbereich
38
→ Reduzierung von Ausschuss- und
Nacharbeitsraten
¾
Geringe zu lackierende Produktanzahl
→ Überprüfung, ob Outsourcing der
Lackieraufgaben bei einem Lohnlackierer nicht wirtschaftlicher sind
¾
Personalqualifikation und Weiterbildung
→ neue effizientere Technologien erfordern auch entsprechende fachliche
Schulungen, um richtig eingesetzt zu
werden
¾
Optimierung der Teileaufhängung
beim Lackieren
→ Reduzierung von Lackverlusten;
Erhöhung der Produktivität
¾
Optimierung des Farbwechsels
→ Reduzierung von Lackverlusten
¾
Applikationstechnik mit hohem Auftragswirkungsgrad (wenn möglich Beschichten ohne Lackzerstäubung, z.B.
Tauchlackieren)
→ Reduzierung von Lackverlusten
¾
Reduzierung der Lackschichtdicken
→ Reduzierung des Materialeinsatzes
¾
Reduzierung von Temperaturen (Vorbehandlung, Lacktrocknung)
→ Energieeinsparung
¾
Effektivere Nutzung von Lösemittelemissionen (z.B. direkte Nutzung in
der Kraft-Wärmekopplung durch Beimischung in einem Gasmotor oder
Gas-Dieselmotor)
→ Energieeinsparung
4.2 Anspruchsvolle
Maßnahmen zur
Optimierung
Durch Prozessautomatisierungen und
computergestützte Prozesstechnik wandelt sich der Lackierprozess selbst in der
kleinund mittelständischen Industrie
LfU
immer mehr zur Hochtechnologie. Daher
sind für diese Entwicklung teilweise erhebliche Investitionen notwendig, die aber
auch die Wirtschaftlichkeit von Unternehmen für die Zukunft sichern können und
zusätzlich die Umwelt entlasten. Die
nachfolgend zusammengestellten Maßnahmen haben auch strategischen Charakter und sollten von den Unternehmen
entsprechend ganzheitlich, d.h. Untersuchung der Stärken, Schwächen und Entwicklungspotenziale zum betrieblichen
IST-Stand, vorbereitet werden, wenn sie
zum gewünschten Erfolg führen sollen
[VDI (Harsch), 2002].
¾
Umstellung auf Wasserlacktechnologie (Spezialfall Pulver-Slurry):
Wasserlacke haben heutzutage in
vielen Anwendungsfällen ein hohes
Qualitätsniveau erreicht. Die Umstellung von konventionellen lösemittelbasierten Lacken erfordert aber Investitionen in die Anlagentechnik (z.B. rostfreier Stahl im Anlagenbau, Luftkonditionierung in der Spritzkabine, usw.)
Ökonomisches Potenzial:
- keine Abluftreinigungstechnologien
notwendig
- Einsatz von Lackrecycling in vielen
Fällen möglich
Ökologisches Potenzial:
- Reduzierung von Lösemittelemissionen
- Reduzierung der Abfallmenge bei
Einsatz von Lackrecycling
¾
Umstellung auf Pulverlack:
Pulverlacke haben heutzutage in vielen Anwendungsfällen ein hohes Qualitätsniveau erreicht. Die Umstellung
von konventionellen lösemittelbasierten Lacken erfordert aber Investitionen
in die Anlagentechnik (z.B. neue
Spritzkabinen, neue Applikationstechnik, usw.)
- keine Abluftreinigungstechnologien
LfU
Lackiertechnik
39
ten zur Verfügung.
- Reduzierung der Lackierkosten
- Reduzierung von Emissionen und
Abfällen
notwendig
- hoher Materialnutzungsgrad, da
Lackrecycling Stand der Technik ist
- keine Lösemittelemissionen
- geringes Abfallaufkommen
¾
Reduzierung von Lackschichten:
Durch die Zusammenfassung von
Funktionen (z.B. Haftvermittlung,
Farbgebung, UV Schutz, Kratzschutz,
usw.) können Lackschichten
eingespart werden.
- Reduzierung des Lackbedarfs
- Reduzierung von Lösemittel
emissionen
- Reduzierung des Abfallaufkommens
¾
Einsatz der Kraft-WärmeKopplung als Energieversorgung:
Bei der Lackierung werden thermische
und elektrische Energie benötigt. Sie
ist damit ein potenzieller Anwendungsfall für die Kraft-Wärme-Kopplung.
- Reduzierung der Energiekosten
- Reduzierung von Emissionen durch
effiziente Energiebereitstellung
¾
Neue Vernetzungs-Reaktionsmechanismen von Lacken:
z.B. UV, Mikrowellen, usw.
- Reduzierung von Trocknungszeiten
→ geringere Anlagengrößen (geringere Investitionen)
- Reduzierung des Energiebedarfs
(Reduzierung von Emissionen)
¾
¾
Einsatz von nachwachsenden
Rohstoffen in Lacksystemen:
Im Bereich der Alkydharze werden bereits bei den Bindemitteln teilweise
nachwachsende Rohstoffe verwendet.
- Einsatz kostengünstiger Rohstoffe
(Beispiele Sojaöle und Tallöle für
Alkydharze)
- Reduzierung des Bedarfs an fossilen
Ressourcen
Bandbeschichtung (Coil Coating):
Durch die Bandbeschichtung ist ein
sehr effizienter Auftrag von Lackmaterial möglich. Die anschließende Verarbeitung zu Produkten erfordert aber
neue Fertigungstechnologien.
- Reduzierung der Lackier- und
Fertigungskosten
Abfällen aus Lackierprozessen
¾
Folienbeschichtung:
Folienbeschichtung von Metallen oder
Kunststoffen anstatt von Lackierprozessen
- Reduzierung der Lackier- und
Fertigungskosten
Abfällen aus Lackierprozessen
¾
Betreibermodelle für Lackieranlagen:
Lackierprozess wird von der Produktherstellung losgelöst und steht eventuell auch weiteren Produk-
40
LfU
Bild 42 zeigt die Lackierwirkungsgrade in
verschiedenen Branchen. Zum einen sind
große Unterschiede zwischen den Branchen erkennbar und zum anderen sind die
Wirkungsgrade deutlich von 100 % entfernt. Gründe dafür sind z.B.: Produkte
werden nicht elektrostatisch beschichtet
(Holz und Kunststoffprodukte), Produktgeometrien, usw.
4.3 Besonderheiten der
Kunststoffteilelackierung
Die Lackierung von Kunststoffen ist durch
die Substrateigenschaften (Nichtleiter,
wenig temperaturbeständig, usw.) stark in
den technisch und chemisch denkbaren
Prozessen eingeschränkt. Dies wirkt sich
insbesondere auch auf den Lackierauftragswirkungsgrad aus.
Kunststoffteile-Lackierung
Holz-Möbel-Lackierung
Automobil (gesamt)
Automobil (Spritzvorgänge)
Maschinenbau
Elektroindustrie
Lohnlackierung (Metalle)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90 100
Lackauftragswirkungsgrad in %
Bild 42: Lackauftragswirkungsgrade in verschiedenen Branchen [Vesper, 2000]
Dennoch gibt es auch bei der Kunststoffteilelackierung eine Vielzahl an Optimierungsmöglichkeiten, beginnend nach
oder während des Spritzgießens bis zu
Off-line-, On-line- und In-line- Lackierkonzepten für Kunststoffteile [DFO, 2002;
2000].
4.4 Inhalte der 31. BImSchV
und Handlungsoptionen
Im Dezember 1999 wurde von über 30
ECE-Mitgliedsstaaten ein UN ECE-Protokoll unterzeichnet, das neben der Bekämpfung von Versauerung und
Eutrophierung auch die Verminderung von
bodennahem Ozon zum Ziel hat [UN ECE,
1999]. Zentrale Reglung ist die Festlegung
von nationalen Emissionsobergrenzen für
jeden Staat. Deutschland hat für VOC eine
Emissionsreduzierung von 69 % bis zum
Jahr 2010 gegenüber 1990 zugesagt
[Hackmack, 2002].
Am 25. August 2001 ist die „Verordnung
zur Begrenzung der Emissionen flüchtiger
organischer Verbindungen bei der Verwendung organischer Lösemittel –
31. BImSchV“ in Kraft getreten, was die
Umsetzung der europäischen Richtlinie
(EG/13/99) bedeutet.
In der 31. BImSchV gibt es zwei Möglichkeiten, die Minderung der Lösemittelemissionen zu erreichen (vgl. Bild 43)
[Hackmack, 2002]:
1. Anwendung und Einhaltung eines
Reduzierungsplans,
2. Einhaltung von Emissionsgrenzwerten
für Abgase und für diffuse Emissionen
oder Einhaltung von Gesamtemissionsgrenzwerten.
LfU
Lackiertechnik
Möglichkeit 1 bietet zwei Alternativen, um
die 31. BImSchV einzuhalten [Hackmack,
2002]:
I.
Vereinfachter Nachweis („vereinfachter
Reduzierungsplan“): Anwendung,
wenn nur Einsatzstoffe mit einem sehr
niedrigen und definierten Lösemittelgehalt eingesetzt werden (kann nur bei
nicht genehmigungsbedürftigen Anlagen angewendet werden !). Für Bereich 8 (Kunststoffbeschichtung) gilt:
Schwellenwertbereich: 5-15 t/a; ausschließlich Einsatz von Beschichtungsstoffen mit einem VOC-Wert
≤ 250 g/l sowie Reinigungsmittel mit
einem Lösemittelgehalt von < 20 %.
41
II. Spezifischer Reduzierungsplan (für
Bereich 8 (Kunststoffbeschichtung)
anwendbar): Im Mittelpunkt des spezifischen Reduzierungsplans steht die
Zielemission, d.h. die maximal zulässige Emissionsfracht einer Anlage
bzw. eines Betriebs. Zur Erreichung
der Zielemission sieht die Verordnung
abgestufte Anforderungen vor.
Möglichkeit 2 bedeutet den Einbau von
Abluftreinigungssystemen für gasförmige
Emissionen (z.B. Adsorptionsanlagen,
Biofilter, Anlagen zur thermischen Nachverbrennung, usw.).
Spez. Reduzierungsplan
Möglichkeit I
Aufstellung eines
Reduzierungsplans
• Mit Hilfe der Lösemittel- und Feststoffbilanz wird der einzuhaltende
Zielemissionswert bestimmt
Vereinf. Reduzierungsplan
Einhaltung der
EG-LösemittelRichtlinie
(31. BImSchV)
• Keine Lösemittelbilanz
erforderlich
• Nachweis über Einsatz von
lösemittelarmen Produkten
• nur bei nicht genehmigungsbedürftigen Anlagen anwend.
Möglichkeit II
Einhaltung der
vorgeschriebenen
Emissionsgrenzwerte
für Abgase und für
diffuse Emissionen
• Einbau von Abluftreinigungsanlagen für gasförmige Emissionen (z.B.
Adsorptionsanlagen, Biofilter, Anlagen zur thermischen Nachverbrennung,
usw.)
• Periodische Messungen der
Grenzwerte erforderlich
Bild 43: Möglichkeiten zur Einhaltung der EG-Lösemittelrichtlinie
Die Anwendung des spezifischen Reduzierungsplans wird anhand der Lösemittelbilanz eines Beispielbetriebs aus der
Kunststofflackierung veranschaulicht
(siehe Tabelle 5, Kapittel 3.1.4). Aus
ökologischer und ökonomischer
Sichtweise wird den Unternehmen emp-
fohlen alle möglichen Handlungsoptionen
zur Reduzierung der Lösemittelemissionen
rechtzeitig und ganzheitlich zu bewerten,
bevor in additive Umweltschutzmaßnahmen, d.h. Abluftreinigung, investiert wird.
42
LfU
5 Fazit
Mit Hilfe der Methode des Energie- und
Stoffstrommanagements wurde bei einem
Referenzbetrieb der Kunststofflackierbranche eine Betriebsanalyse durchgeführt.
Dabei konnten wertvolle ökonomische und
ökologische Optimierungspotenziale
aufgezeigt werden. Des Weiteren wurden
betriebliche Kennzahlen zum Controlling
der Produktion entwickelt.
Aufgrund der Anforderungen der
31. BImSchV muss der Betrieb in Zukunft
seine Lösemittelemissionen deutlich
reduzieren. Dies führte zur Aufstellung von
Erfolg versprechenden Lackierkonzepten
anhand der betrieblichen Erfordernisse.
Für die Erfolg versprechenden Lackierkonzepte wurden Szenarien, d.h. unterschiedliche Randbedingungen, festgelegt.
Die Datenaufnahme und –auswertung für
die Szenarien erfolgte in gleicher Weise
wie für den betrieblichen IST-Stand.
Anschließend fand ein Technologievergleich auf Basis einer ökobilanziellen
Betrachtung und einer Wirtschaftlichkeitsanalyse statt. Aus technischer und ökologischer Sicht können folgende Aussagen
zusammengefasst werden:
¾
¾
Durch die Integration einer Abluftreinigung oder durch Umstellung auf
Wasserlacke können die Grenzwerte
der 31. BImSchV deutlich unterschritten werden.
Die thermische Abluftreinigung reduziert deutlich die Lösemittelemissionen
mit der Konsequenz, dass der Primärenergiebedarf und das Treibhauspotenzial signifikant erhöht werden. Das
POCP-Niveau (Sommersmog) der
Szenarien mit konventionellen Lacksystemen und Abluftreinigung liegt
über dem der Szenarien mit Einsatz
von Wasserlacken.
¾
Der Einsatz von Wasserlacken in
Kombination mit Recycling und Trocknung mit trockener Luft hat signifikante
ökologische Vorteile bei den untersuchten ökologischen Parametern.
¾
mit konventionellen Lacksystemen und
Abluftreinigung erzielt keine oder nur
geringere ökologische Vorteile.
Aus ökonomischer Sicht gelten folgende
Aussagen:
¾
Die Umsetzung der 31. BImSchV
erfordert Investitionen zur Reduzierung der Lösemittelemissionen. Die
Investitions- und Betriebskosten einer
thermischen Abluftreinigung (wenn
keine Umstellung auf lösemittelarme
bzw. –freie Lacksysteme erfolgt) erhöhen die Herstellkosten, wenn keine
weiteren Maßnahmen getroffen werden.
¾
Die Umstellung auf Wasserlacke,
Plasmavorbehandlung, Recycling der
Grundierung, Trocknung mit trockener
Luft, Teil- bzw. Vollautomatisierung
bringt unter den festgelegten Randbedingungen wirtschaftliche Vorteile, deren Höhe stark von der jährlichen
Stückzahl abhängt.
¾
mit konventionellen Lacksystemen und
Abluftreinigung erzielt deutlich geringere bzw. keine wirtschaftlichen Vorteile.
Der Nutzen des Vorhabens für den Referenzbetrieb liegt in einer neutralen und
umfassenden Bewertung der betrieblichen
IST-Situation und von möglichen Lackierkonzepten zur Einhaltung der
31. BImSchV.
LfU
Fazit/Ausblick
43
werte der jährlich eingesetzten Lösemittelmengen, die zur Anzeigepflicht
der Anlagenbetreiber führen, entsteht
bei vielen, vor allem kleinen Betrieben
Handlungsbedarf.
Die Ergebnisse sind nochmals zu verifizieren, wenn von Seiten der Anlagenhersteller verbindliche Konzepte und Kosten
vorhanden sind.
Mit der durchgeführten Studie lassen sich
folgende Ergebnisse für die Kunststofflackierbranche bzw. Lackierbranche verallgemeinern:
¾
Die Vorgehensweise des Energie- und
Stoffstrommanagements ermöglicht
Unternehmen eine umfassende Analyse ihrer betrieblichen IST-Situation
und eine Bewertung von Alternativen
zur Einhaltung der 31. BImSchV.
¾
Der Vorschlag zum Controlling mit
betrieblichen Kennzahlen unterstützt
Unternehmen darin, ihre Lackierprozesse ökonomisch und ökologisch
effizient zu steuern.
¾
Aufgrund der niedrigen Schwellen-
¾
Zur Einhaltung der Zielemissionen gibt
es verschiedene Handlungsoptionen,
z.B. Einsatz von Wasser- oder Pulverlacken oder festkörperreichen Lacksystemen, die vor einer Investitionsentscheidung sorgfältig geprüft werden sollten.
¾
Aus ökologischer und ökonomischer
Sichtweise wird den Unternehmen
empfohlen, alle möglichen Handlungsoptionen zur Reduzierung der Lösemittelemissionen rechtzeitig und ganzheitlich zu bewerten, bevor kurzfristig
in additive Umweltschutzmaßnahmen,
d.h. Abluftreinigung, investiert wird.
6 Ausblick
Die Umstellung auf die richtige Lackiertechnologie wird für viele Betriebe aufgrund der aktuellen Wirtschaftlage Existenz entscheidend sein. Dabei ist der
Einsatz von Erfolg versprechenden Alternativen zur IST-Situation immer anhand
der betrieblichen Erfordernisse zu prüfen.
Pauschalaussagen über den Einsatz von
bestimmten Technologien sind nicht
anwendbar. Die notwendige Unterstützung
bei Investitionsentscheidungen ist aber mit
vertretbarem Umfang, gemessen am
Nutzen für die Unternehmen, machbar.
Des Weiteren können für bestimmte betriebliche Vorgänge Softwaretools die
Arbeit vereinfachen bzw. erleichtern.
Lösungsansätze sind hierfür in vielen
Fällen vorhanden und sollten noch für die
betrieblichen Belange, vor allem der kleinen Betriebe, weiterentwickelt werden
(z.B. [GaBi 3, 1998; LCS, 2002 (a)(b); LfU,
2000]).
Mit einer Aufklärung über ökologische und
ökonomische Vorteile und Nachteile von
vorsorgenden bzw. nachsorgenden
Maßnahmen zum Umweltschutz kann ein
wichtiger Beitrag für unsere Umwelt und
zur Standortsicherung von Betrieben
geleistet werden.
44
LfU
Literatur
CML: Impact Assessment, Version 2.5;
Centre of Environmental Science,
Leiden University, The Netherlands,
2001
DFO: Tagungsband zur DFO Tagung
Kunststofflackierung, Deutsche Forschungsgesellschaft für Oberflächenbehandlung e.V., Düsseldorf,
Saarbrücken, Oktober 2000
DFO: Tagungsband zur DFO Tagung
Kunststofflackierung, Deutsche Forschungsgesellschaft für Oberflächenbehandlung e.V., Düsseldorf,
Dresden, November 2002
Deutsches Lackinstitut: Zahlen und
Fakten zu Lacken und Farben im
Internet unter www.lacke-undfarben.de, Internetabruf vom
20.09.2001
GaBi 3: GaBi 3: Software und Datenbank
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Universität Stuttgart und PE Product
Engineering Dettingen/Teck, 1998.
Hackmack, U.; Mahrwald, B.: Die Lösemittelverordnung – Einführung und
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Forschungsbericht 500 44 301, FG
III 2.4, Berlin, 2002
Hansemann, W.; Baums, M. (Hrsg:
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Holz lösemittelarm lackieren –
Praxisratgeber zur Umsetzung der
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Harsch, M. et. al.: Schwachstellenanalyse
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Harsch, M.: Modellierung und Optimierung verfahrenstechnischer Prozesse in der Lackiertechnik - Beitrag
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Dissertation, Institut für Kunststoffprüfung und Kunststoffkunde (IKP),
Universität Stuttgart, Aachen: Shaker
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Methodik zur Entscheidungsvorbereitung bei der Verfahrensauswahl
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(IKP), Universität Stuttgart, 1999
Harsch, M.: Kunststofflackierprozesse
ganzheitlich simulieren. DFO-Tagung
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25.-26. Oktober 2000
Harsch, M., Bräutigam, V.; Schüller, P.:
Mikrowellentrocknung von Wasserlacken ganz-heitlich simuliert, Metalloberfläche, München: Hanser
Verlag, März 2002
Harsch, M.: Ökologische und ökonomische Potenziale neuer Lackierverfahren, Manuskript zur VDI-Tagung
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Fulda, November 2002 (b)
LfU
Literatur
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zur Kosten- und Abfallreduktion beim
Lackieren, Leitfaden für kleine und
Mittlere Betriebe, Wiesbaden:
HIMTECH GmbH, 1996
DIN EN ISO 14040: Umweltmanagement Ökobilanz- Prinzipien und allgemeine
Anforderungen, 1997
DIN EN ISO 14041: Umweltmanagement Ökobilanz - Festlegung des Ziels und
des Untersuchungsrahmens sowie
Sachbilanz, 1998
DIN EN ISO 14042: Environmental
management – Life cycle
assessment – Life cycle impact
assessment, 1998
DIN EN ISO 14043: Environmental management – Life cycle assessment –
Life cycle interpretation, 1998
Landesanstalt für Umweltschutz (LfU):
Stoffstrommanagementsysteme –
Methoden, Praxiserfahrungen, Software, Band 3 der Reihe „Industrie
und Gewerbe“, Karlsruhe, 2000
Landesanstalt für Umweltschutz (LfU):
Energie- und Stoffstromoptimierung
in der betrieblichen Praxis der
Lohnlackierung, Band 6 der Reihe
„Industrie und Gewerbe“, Karlsruhe,
2002
LCS: Softwaretool Lösemittelbilanz,
Version 1.0, MS Access Datenbank
zur Erstellung einer betrieblichen Lösemittelbilanz gemäß 31. BImSchV,
LCS Life Cycle Simulation GmbH,
2002 (a)
LCS: Softwaretool LaCkoSt, Version 1.0,
Berechnung von Lackierkosten anhand wesentlicher betrieblicher
Kennzahlen, LCS Life Cycle
Simulation GmbH, 2002 (b)
45
Loske, R.: Klimapolitik - Im Spannungsfeld von Kurzzeitinteressen und
Langzeiterfordernissen. Marburg:
Metropolis-Verlag, 1996
May, T.: Umweltmanagement im Lackierbetrieb, Hannover: Vincentz Verlag,
1997
Obst, M.: Lackierereien planen und optimieren, Hannover: Vincentz Verlag,
2002
Ondratschek, D.: besser lackieren!,
Jahrbuch 2001, Hannover: Vincentz
Verlag, 2001
Pietschmann, J.: Industrielle Pulverbeschichtung – Grundlagen, Anwendungen, Verfahren, JOT-Fachbuch,
Braunschweig: Vieweg Verlag, 2002
Umweltbundesamt: Technische
Arbeitspapiere zur Vermeidung und
Verwertung von Sonderabfällen,
Berlin: Umweltbundesamt, Texte
75/96, 1996
Umweltbundesamt: Zahlenmaterial aus
Internetabruf, 2001
UN ECE: Protokoll zum Genfer Übereinkommen über grenzüberschreitende
Luftverunreinigungen von 1979 zur
Bekämpfung von Versauerung,
Eutrophierung und Bodenozon, 1999
VDI 4050: Betriebliche Kennzahlen für das
Umweltmanagement, Leitfaden zu
Aufbau, Einführung und Nutzung,
Verein Deutscher Ingenieure (VDI),
Düsseldorf, 2001
VDI-Kompetenzfeld „Betrieblicher Umweltschutz und Umweltmanagement
– Integrierte Umwelttechnik“;
Harsch, M.: Sauber Lackieren,
Umweltmagazin, Springer VDI
Verlag, Dezember 2002
46
VDI-Kompetenzfeld „Betrieblicher Umweltschutz und Umweltmanagement
–Integrierte Umwelttechnik“;
Neukirchen, B.; Rommel, W.; Wie
demeier, J.; Wolferz, R.; Wolff, H.:
Integrierte Umwelttechnik – am
Beispiel der Gießereitechnik, Umwelt
1/2, Springer VDI Verlag, 2001, S.
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Verband der Chemischen Industrie e.V.
(VCI): Zahlen und Fakten
Vesper, H.: Neue Lackierkonzepte einführen: Mit einem ganzheitlichen Ansatz
nicht nur Lösemittel sparen. Veranstaltung: VOC Richtlinie als Chance
LfU
für Lackierbetriebe, 7. November
2000, Veranstalter: Vincentz Verlag,
Hannover
Vüllers, M.: Die richtige Prozesslogistik
senkt die Beschichtungskosten, in
Lehrgang Lackierkosten senken,
DFO Service GmbH (Düsseldorf)
und Vincentz Verlag (Hannover),
Kassel, November 2002
LfU
Glossar
47
Glossar
31. BImSchV
Bundesimmissionsschutzverordnung,
Verordnung zur Begrenzung der Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen
bei der Verwendung organischer Lösemittel.
Abfall
Jeder Output eines Produktsystems, der
entsorgt werden muss.
Allokation
Methode zur Verteilung bzw. Zuweisung
der Stoff- und Energieflüsse, z. B. auf die
Haupt- und Nebenprodukte eines Produktionsprozesses.
Anthropogen
Durch den Menschen verursacht.
Auswertung
Bestandteil einer Ökobilanz, bei dem die
Ergebnisse der Sachbilanz und/oder der
Wirkungsabschätzung mit dem festgelegten Ziel und Untersuchungsrahmen zusammengeführt werden, um daraus
Schlussfolgerungen zu ziehen und Empfehlungen zu geben.
CO2-Äquivalent
Bezeichnung für die Wirkung einer für den
Treibhauseffekt relevanten (Gas-) Emission, mit der Wirkung von 1 kg CO2.
Andere Gase als CO2 (z. B. CH4, CO)
werden auf CO2 umgerechnet
(Äquivalenzfaktoren).
DIN
Das Deutsche Institut für Normung erarbeitet die in Deutschland gültigen DINNormen.
Emissionen
Von einer Anlage ausgehende Luftverunreinigungen, Geräusche, Erschütterungen, Wärme usw. Umwelteinwirkungen.
Erdöläquivalent
Einheit kg, entspricht dem Energiegehalt
von einem kg Erdöl, Umrechnung: 42,7 MJ
(unterer Heizwert) entsprechen 1 kg Erdöläquivalent.
Festkörpergehalt (Fk)
ist der nichtflüchtige Anteil eines flüssigen
Lackmaterials (angegeben in Gewichts%), der nach dem Trocknen bei erhöhter
Temperatur als Rückstand verbleibt.
Funktionelle Einheit
Quantifizierter Nutzen eines Produktsystems als Vergleichseinheit in einer Ökobilanz. Auf die Funktionelle Einheit werden
alle Daten einer Ökobilanz bezogen.
GWP
Global Warming Potenzial, in kg CO2Äquivalent, Begriff für das Treibhauspotenzial.
Heizwert, unterer (HU)
beschreibt den Energieinhalt eines Energieträgers, der mit der heute zur Verfügung stehenden Technik nutzbar gemacht
werden kann.
Input
Stoff oder Energie, der/die einem Prozess
zugeführt wird.
Lack
ist nach /DIN 55945/ ein Sammelbegriff für
eine Vielzahl von Beschichtungsstoffen
auf der Basis organischer Bindemittel. Ein
Beschichtungsstoff ist der Oberbegriff für
flüssige bis pastenförmige oder auch
pulverförmige Stoffe.
Lackoverspray
wird die Lackmenge bezeichnet, die von
der jeweiligen Applikationstechnologie
(z.B. Sprühpistole) nicht auf das Produkt
gelangt und definiert aus der Spritzkabine
abgesaugt werden muss, um Qualitätseinbußen auf dem Produkt zu vermeiden.
LCA
Life Cycle Assessment; im deutschen
Sprachraum Lebensweganalyse oder
Lebenswegbewertung oder allgemein
Ökobilanz.
MJ
Energieeinheit Mega-Joule (106 Joule)
(1 kWh = 3,6 MJ)
48
NMVOC
flüchtige organische Stoffe ohne den
Anteil an Methan,
non Methane Volatile Organic Compound
Output
Stoff oder Energie, der/die von einem
Prozess abgegeben wird.
POCP
Photochemical Oxidants Creation Potenzial in kg C2H4- Äquivalent, Sommersmog,
Ozonbildungspotenzial, Beitrag der
Emissionen zur Ozonbildung.
Primärenergie
auch als Rohenergie bezeichnet, ist der
Energieinhalt der Energieträger in ihrer
Ursprungsform. Die durch die Gewinnung,
Umwandlung und Bereitstellung der Nutzenergie notwendigen Aufwände werden in
Ökobilanzen auf die dafür notwendige
Menge an Primärenergieträgern zurückgerechnet.
Recycling
Rückfluss von wiederverwertbaren Produkten und Stoffen in die Produktion
derselben, ähnlicher oder anderer Produkte.
Ressource
In der Natur für die Nutzung verfügbarer
Stoff oder Organismus wie z.B. Bodenschätze.
Rohstoff
Substanz, die in einem Umwandlungsoder Produktionsprozess zur Herstellung
eines Produktes eingesetzt wird.
LfU
Sachbilanz
Bestandteil einer Ökobilanz, der die Zusammenstellung und mengenmäßige
Erfassung der Stoff- und Energieflüsse
umfasst.
Systemgrenze
Schnittstelle zwischen einem Produktsystem und seiner Umwelt oder anderen
Produktsystemen.
TAR
Thermische Abluftreinigung
Treibhauseffekt
Der Treibhauseffekt der Atmosphäre ist im
Prinzip ein natürliches, für das Klima der
Erde entscheidendes Phänomen. Durch
anthropogen verursachte Emissionen
kommt es zu einer nicht kontrollierbaren
Verstärkung des Effektes und damit zu
einer Veränderung des globalen Klimas.
Treibhausgase
Gase mit starken Absorptionsbanden im
Infrarot (IR) - Licht – Bereich, Beispiele
sind Wasserdampf und Kohlendioxid.
VOC
Flüchtige Kohlenwasserstoffe (volatile
organic compound).
Wirkungsabschätzung
Teil der Ökobilanz. Die Ergebnisse aus
der Sachbilanz werden in ihrer Wirkung
auf die Umwelt beurteilt.
LfU
Anhang
49
Anhang
A1
Treibhauseffekt
Die von der Sonne auf die Erdoberfläche
abgestrahlte Energie wird zum Teil reflektiert, zum Teil absorbiert. Der absorbierte
Anteil führt zur Erwärmung von Boden,
Wasser und Luft. Relativ kurzwellige
Strahlung trifft auf den Boden auf und
wird, zu längeren Strahlen hin verschoben,
als Wärmestrahlung in die Atmosphäre
abgestrahlt. Bestimmte Spurengase tragen nun dazu bei, die bodennahe Atmosphäre aufzuheizen, indem sie die einfallende Sonnenstrahlung nahezu ungehindert durchlassen, aber einen großen Teil
der von der Erde wieder ausgesandten
Infrarotstrahlung absorbieren und so die
Wärme nicht wieder in den Weltraum
abgestrahlt werden kann. Beispiele für
solche natürlichen, klimarelevanten Spurengase sind Wasserdampf (H2O), Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4), Lachgas
(N2O), und Ozon (O3). Durch die zunehmende Konzentration klimarelevanter,
anthropogen erzeugter Spurengase in der
Atmosphäre entsteht damit ein zusätzlicher Treibhauseffekt, der zu einer Erwärmung der Erdatmosphäre führt.
Der Temperaturanstieg durch eine gegebene Menge eines Treibhausgases ist
nicht genau bekannt. Den verschiedenen
Gasen kann aber ein Treibhauspotenzial
zugeordnet werden. Entscheidende Größen sind dabei die Absorptionseigenschaften der Gase und die Lebenszeit der
Moleküle in der Atmosphäre.
Das Treibhauspotenzial wird für ein Kilogramm eines Gases bezogen auf ein
Kilogramm CO2 angegeben. Da die Lebenszeit der Gase in die Berechnung mit
eingeht, machen absolute Werte nicht viel
Sinn. Deshalb muss der betrachtete Zeithorizont immer mit angegeben werden.
Die Ermittlung des Treibhauspotenzials
erfolgt über die Summation der einzelnen
Beiträge klimarelevanter Gase zum Treibhauseffekt. Die Summation erfolgt über die
Einzelbeiträge GWPi der Stoffe multipliziert mit der Emissionsmenge mEmission i in
kg CO2-Äquivalent:
GWPgesamt = ∑ GWPi ⋅ mEmissioni
i
A2 Photochemisches
Oxidantienbildungspotenzial
Das Ozon, das in der Stratosphäre eine
wichtige Schutzfunktion wahrnimmt, wirkt
in der Troposphäre als schädliches Spurengas. Ozon gilt als Zellgift für alle Organismen (Toxizität). Schon geringe Konzentrationen führen beim Menschen zu
Gesundheitsschäden. Deshalb ist die
Bildung von Ozon, als Folge von Emissionen in die Luft, eine wichtige indirekte
Schadwirkung solcher Emissionen. Der
genaue chemische Vorgang, der zur
Ozonbildung in der Atmosphäre führt, ist
relativ komplex.
Die photochemische Oxidantienbildung in
der Troposphäre, auch „Sommer-Smog“
genannt, steht stark in dem Verdacht, zu
Wald-, Vegetations- und Materialschäden
zu führen. Höhere Konzentrationen von
Ozon sind humantoxisch. Kinder, Asthmatiker und Sportler sind vom Sommer-Smog
besonders betroffen. Zur genauen Quantifizierung der Ozonbildung durch verschiedene Stoffe definiert man ein sogenanntes
„photochemisches oxidantienbildendes
Potenzial“, kurz POCP. Um die verschiedenen Photooxidantien gegeneinander in
Bezug zu setzen, werden sie als EthenÄquivalente angegeben. Genaue POCPWerte lassen sich aber eigentlich nur für
eine gegebene Belastungssituation angeben, da die tatsächliche Ozonbildung unter
anderem von der NOx-Konzentration, der
Witterung (Wind, Luftfeuchtigkeit) und der
Lichtintensität abhängt.
Die Summation erfolgt über die Einzelbeiträge POCPi der Stoffe multipliziert mit der
Emissionsmenge mEmission i in kg EthenÄquivalent:
POCPgesamt = ∑ POCPi ⋅ mEmissioni
i
LfU
50
Veröffentlichungen der Reihe Industrie und Gewerbe (ISSN 0949-0485)
Titel
Band
Jahr der
Herausgabe
Preis
Regelwerke und beste verfügbare Techniken zur
Luftreinhaltung sowie Einsatz von Abfällen in der
Zementindustrie
10 Seiten, Anhang
1
1999
-.-
Entwicklung der Emissionen krebserzeugender
Schadstoffe in Baden-Württemberg auf der Basis der
Emissionserklärungen für das Jahr 1996
2
2000
-.-
Stoffstrommanagementsysteme
Methoden, Praxiserfahrungen, Software – eine
Marktanalyse
62 Seiten
3
2000
9,-- €
Blockheizkraftwerke
Technik, Ökologie, Ökonomie
38 Seiten
4
2001
6,-- €
Holzhackschnitzel-Heizanlagen
78 Seiten
5
2001
9,-- €
Energie- und Stoffstromoptimierung in der
betrieblichen Praxis der Lohnlackierung
89 Seiten
6
2002
8,-- €
Mitverbrennung von Abfällen in Zement- und
Kohlekraftwerken in Baden-Württemberg
(Kurzfassung)
7
2003
-.-
Stoffströme in Druckereien optimieren
36 Seiten
8
2003
8,-- €
Mit der Pinch-Technologie Prozesse und Anlagen
optimieren
9
2004

Praxisbeispiel Kunststofflackierung - Baden

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